1?引言

永煤集團(tuán)股份有限公司順和選煤廠是永煤公司本部第五對(duì)礦井配套建設(shè)選煤廠，于2014年5月竣工投產(chǎn)，設(shè)計(jì)處理能力為100萬(wàn)噸/年，采用工藝為跳汰—浮選聯(lián)合工藝流程。順和選煤廠自建廠初期就確立了提高控制系統(tǒng)裝備水平，降低人工成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的建設(shè)目標(biāo)[1]。通過(guò)不斷的探索實(shí)踐，自我改革，逐步建設(shè)成為一個(gè)自動(dòng)化程度高，精簡(jiǎn)高效的現(xiàn)代化選煤廠。

2?快開(kāi)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

快開(kāi)壓濾機(jī)是一種間歇性操作的加壓過(guò)濾設(shè)備[2-3]，適用于各種懸浮液的固液分離，適用范圍廣、分離效果良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)選煤廠浮選精煤和煤泥的壓濾脫水環(huán)節(jié)。該設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化程度高，其控制是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制柜實(shí)現(xiàn)，根據(jù)應(yīng)用情況可自動(dòng)運(yùn)行也可手動(dòng)操作，其缺點(diǎn)是運(yùn)行過(guò)程中吹風(fēng)和壓榨環(huán)節(jié)噪音較大，嚴(yán)重影響崗位司機(jī)職業(yè)健康。順和選煤廠浮選精煤采用三臺(tái)快開(kāi)壓濾機(jī)脫水，工藝布置在浮選機(jī)一側(cè)，設(shè)置壓濾司機(jī)一名。為優(yōu)化崗位司機(jī)工作環(huán)境，保護(hù)職工職業(yè)健康，順和選煤廠在壓濾機(jī)工作崗位建設(shè)了隔音室，并安裝了空調(diào)，但是由于快開(kāi)壓濾機(jī)需根據(jù)入料和脫水情況調(diào)整操作，崗位司機(jī)需經(jīng)常在壓濾機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致崗位司機(jī)不可避免在隔音室外工作。為此，順和選煤廠吸收加壓過(guò)濾機(jī)室內(nèi)操作控制的特點(diǎn)，并對(duì)控制程序進(jìn)行了優(yōu)化改造，設(shè)計(jì)應(yīng)用了快開(kāi)壓濾機(jī)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)。

3?快開(kāi)壓濾機(jī)控制原理

順和選煤廠選用KMZG250/1600快開(kāi)壓濾機(jī)進(jìn)行浮精脫水，該壓濾機(jī)單機(jī)自動(dòng)化程度高，采用機(jī)、電、液一體化設(shè)計(jì)制造，能夠?qū)崿F(xiàn)濾板壓緊、過(guò)濾、壓榨、反吹、洗滌、濾板松開(kāi)、卸料等各道工序的自動(dòng)化控制[4-5]。快開(kāi)壓濾機(jī)的電氣控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它主要由變頻器、PLC(可編程控制器)、熱繼電器、空氣開(kāi)關(guān)、斷路器、中間繼電器、接觸器、按鈕及指示燈等組成[6]。快開(kāi)壓濾機(jī)的控制系統(tǒng)程序儲(chǔ)存在控制柜PLC中，各工作過(guò)程主要由PLC控制完成，其工作時(shí)按照設(shè)定程序采集PLC內(nèi)計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器和PLC外部的限位開(kāi)關(guān)、壓力繼電器、電接點(diǎn)壓力表、控制按鈕等信號(hào)，通過(guò)信號(hào)的輸入輸出，執(zhí)行各工作指令，完成工作過(guò)程的轉(zhuǎn)換。控制柜上安裝有觸摸屏，觸摸屏操作程序含多個(gè)控制界面，包括過(guò)程控制畫(huà)面、工藝參數(shù)設(shè)置、報(bào)警參數(shù)設(shè)置、報(bào)警提示畫(huà)面、系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面等。崗位司機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏控制過(guò)程，對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成壓緊、入料、吹風(fēng)、壓榨、卸料等工作過(guò)程。

4?快開(kāi)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

快開(kāi)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思路是將原現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)程序“搬家”到上位機(jī)，將其控制操作由控制柜觸摸屏操作改變?yōu)樯衔粰C(jī)操作，并在此過(guò)程中對(duì)控制程序進(jìn)行優(yōu)化，增加精礦池液位監(jiān)測(cè)、物料運(yùn)輸系統(tǒng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)操作的集中控制和遠(yuǎn)程控制。

4.1?PLC集中控制通訊連接

為實(shí)現(xiàn)上位機(jī)集中控制或遠(yuǎn)程控制，必須建立通訊連接。在壓濾機(jī)的控制柜PLC上安裝通訊模塊，并制作通訊模塊向?qū)С绦颍ㄟ^(guò)以太網(wǎng)建立了上位機(jī)與PLC的通訊連接，完成集中控制設(shè)計(jì)的第一步工作。

4.2?PLC控制程序地址梳理

快開(kāi)壓濾機(jī)控制系統(tǒng)以可編程控制器PLC為核心，通過(guò)輸入輸出模塊控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各工作過(guò)程。壓濾機(jī)的就地操作依靠控制柜觸摸屏操作程序控制PLC程序執(zhí)行指令。為了將控制由現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏控制改為上位機(jī)集控或遠(yuǎn)控，需要建立集中與就地控制程序的連接，在此過(guò)程中，需要解析觸摸屏控制程序與PLC控制程序?qū)?yīng)的地址。采用的工作方法是在控制柜觸摸屏上操作壓濾機(jī)，逐個(gè)試驗(yàn)判斷觸摸屏操作程序?qū)?yīng)的所有PLC程序地址，然后對(duì)地址進(jìn)行梳理，實(shí)現(xiàn)程序指令和PLC地址的一一對(duì)應(yīng)。

4.3?集中控制系統(tǒng)操作界面的設(shè)計(jì)制作

快開(kāi)壓濾機(jī)控制系統(tǒng)的核心使用的是西門(mén)子S7-200系列PLC[7]，在集中控制系統(tǒng)操作界面設(shè)計(jì)上使用西門(mén)子SIMATICWinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。S7-200PLC與WinCC通過(guò)KEPServer4.0服務(wù)器建立連接。KepServer是一款OPC服務(wù)器軟件，實(shí)現(xiàn)了OPC標(biāo)準(zhǔn)接口，可以通過(guò)KepServer和設(shè)備進(jìn)行通訊，而應(yīng)用程序通過(guò)OPC協(xié)議連接KepServer。第一步將壓濾機(jī)原PLC控制程序下載后上傳到PC機(jī)，利用Step7-Micro/WIN新增PLC以太網(wǎng)通訊程序，并為OPC準(zhǔn)備好符號(hào)表。第二步在KEP-Server4.0服務(wù)器中建立壓濾機(jī)對(duì)應(yīng)PLC站的通訊連接，添加變量條目。第三步打開(kāi)WinCC組態(tài)軟件，添加OPC驅(qū)動(dòng)，定義OPC的屬性，并通過(guò)向?qū)д业終EPServer4.0服務(wù)器，添加所需的變量條目到WinCC中。第四步引用變量，使用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)制作集中控制系統(tǒng)的操作界面。為便于壓濾機(jī)的操作，避免界面切換的延遲，在設(shè)計(jì)時(shí)制作一個(gè)總流程界面，將三臺(tái)壓濾機(jī)的操作與狀態(tài)顯示集中在一個(gè)操作界面中，在總流程界面即可完成壓濾機(jī)的各操作流程。此外，每臺(tái)壓濾機(jī)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)界面，將壓濾機(jī)的操作流程、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示、報(bào)警提示等設(shè)計(jì)到一個(gè)界面中，實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)所有工作的操作、調(diào)整和觀察。在壓濾機(jī)集控操作系統(tǒng)的上端設(shè)置了各操作界面的切換鍵，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可完成各界面的切換，便于崗位司機(jī)進(jìn)行操作。快開(kāi)壓濾機(jī)集控系統(tǒng)操作界面參見(jiàn)圖1所示。

4.4?集中控制系統(tǒng)優(yōu)化

順和選煤廠物料運(yùn)輸系統(tǒng)和精礦池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的是羅克韋爾1756系列PLC。為實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化，需將物料運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備控制和精礦池液位監(jiān)測(cè)顯示增加到壓濾機(jī)操作系統(tǒng)中。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，因順和選煤廠原PLC控制系統(tǒng)和壓濾機(jī)上位機(jī)組態(tài)軟件分屬羅克韋爾和西門(mén)子兩個(gè)不同品牌的產(chǎn)品，為了使二者建立異構(gòu)通訊連接，本次設(shè)計(jì)借助了第三方OPC軟件KEPServer。首先利用KEPServer服務(wù)器建立與羅克韋爾1756系列PLC的以太網(wǎng)通訊，然后查找所需設(shè)備如刮板機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)和液位計(jì)等在羅克韋爾1756系列PLC中的標(biāo)簽，根據(jù)標(biāo)簽在KEPServer中建立對(duì)應(yīng)設(shè)備的條目，并將KEPServer服務(wù)器建立好的設(shè)備條目添加到WinCC中。最后利用WinCC組態(tài)軟件將運(yùn)輸轉(zhuǎn)載系統(tǒng)控制和精礦池液位顯示設(shè)計(jì)到壓濾機(jī)集控系統(tǒng)中，完成集控操作系統(tǒng)的優(yōu)化。

4.5?控制系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置

快開(kāi)壓濾機(jī)集控系統(tǒng)可控制壓濾機(jī)各工作過(guò)程以及多臺(tái)物料運(yùn)輸轉(zhuǎn)載設(shè)備的啟停。為了保證壓濾機(jī)各工作過(guò)程穩(wěn)定有序，各臺(tái)設(shè)備運(yùn)行安全，其控制必須實(shí)現(xiàn)單一性，即現(xiàn)場(chǎng)就地控制和上位機(jī)集中控制的獨(dú)立性。因此，在集控系統(tǒng)程序中對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行了設(shè)置。在快開(kāi)壓濾機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制柜上安裝集控/就地旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，在壓濾機(jī)PLC控制程序中增加集控和就地程序。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制柜打到就地狀態(tài)時(shí)，設(shè)定集控系統(tǒng)不能操作壓濾機(jī)各工作過(guò)程和各運(yùn)輸設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制柜打到集控狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不能進(jìn)行相應(yīng)操作。集控/就地旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)部分PLC程序參見(jiàn)圖2所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行監(jiān)護(hù)

為保證快開(kāi)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用的安全可靠性，同時(shí)讓壓濾司機(jī)在室內(nèi)觀察壓濾機(jī)入料、吹風(fēng)和壓榨等環(huán)節(jié)的脫水效果，及時(shí)調(diào)整操作，順和選煤廠在每臺(tái)壓濾機(jī)的機(jī)頭安裝了高清攝像頭，將視頻信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，設(shè)計(jì)了快開(kāi)壓濾機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。壓濾司機(jī)通過(guò)在隔音室內(nèi)查看視頻監(jiān)控，即可判斷壓濾機(jī)的工作效果和設(shè)備的運(yùn)行狀況，完成整個(gè)壓濾系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)護(hù)。

5?結(jié)束語(yǔ)

不斷提高裝備自動(dòng)化水平，多上設(shè)備少上人，打造行業(yè)一流，一直是順和選煤廠努力的方向。通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)用快開(kāi)壓濾機(jī)集中控制系統(tǒng)，優(yōu)化了崗位司機(jī)工作環(huán)境，室內(nèi)集控操作不僅保護(hù)了職工職業(yè)健康，而且避免了人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)發(fā)生安全事故。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于快開(kāi)壓濾機(jī)原控制程序，設(shè)計(jì)過(guò)程中新增硬件設(shè)施主要為PLC通訊模塊和上位機(jī)，改造投入小，應(yīng)用效果好，在快開(kāi)壓濾機(jī)的應(yīng)用上具有較好的推廣價(jià)值。

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作者：范強(qiáng)強(qiáng)教授

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