煤炭专用码头输煤程控系统设计研究

煤炭专用码头输煤程控系统设计研究

摘要：通过对煤炭专用码头输煤程控系统的控制方式、系统硬件及软件设计的研究，实现了对专用煤炭码头输煤系统自动化控制及各级设备监控保护。系统运行后，可以加强输煤生产的安全可靠性，减少了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境。

关键词：输煤系统；PLC；自动化控制；通信网络

1 输煤程控系统控制方式

输煤程控系统控制方式可分为：自动、手动和就地3种方式。

1.1 自动控制方式

自动方式的所有操作均可通过上位机键盘操作，运行人员根据工艺要求，可在LCD上调出预选流程菜单。当程序选择无误且组成一条完整的流程时，LCD上出现程选有效信号。当挡板及犁煤器全部到位后，经30秒（可调）后发出允许启动信号。所选皮带按逆煤流方向启动各台设备，每条皮带起动前告警器应发出30秒（可调）钟音响，皮带启动后现场蜂鸣器停止音响。程序停机时应顺煤流逐一按预定的延时停机。每条皮带起停应与该条皮带相关的除尘器、除铁器、机械采样装置、微机电子皮带秤等设备起停联锁。

在运行中，当任一设备发生重大事故，拉线动作和持续2秒

的重跑偏、打滑等，应立即联跳逆煤流方向的设备，但碎煤机除自身事故外应延时联跳。当按紧急停机时，运行设备立即全线停机，仅碎煤机延时停机。

对装有液压拉紧装置的皮带，当皮带打滑时输煤程控应给出信号经硬接线及通信接口起动液压拉紧装置。

1.2 手动控制方式

手动方式分为联锁手动和解锁手动。

联锁手动是运行人员在上位机上通过PLC完成。运行人员根据运行要求在上位机上调出相应画面进行。对已选择好的流程的设备按联锁方式逆煤流一对一的启动设备，按顺煤流方向一对一停机。煤控室设有手动操作盘，作为上位机故障应急使用或选用触摸屏操作控制。手动操作盘上应有设备运行和停止指示，且有设备故障报警指示。

每条皮带起停应与该条皮带相关的除尘器、除铁器、机械采样装置、微机电子皮带秤联锁。

解锁手动也在上位机进行操作，此时无任何联锁关系，可启停任何设备。

1.3 就地控制方式

就地方式是在就地控制箱上进行操作，此时控制室将对设备不起控制作用。

2 输煤程控系统硬件设计

2.1 系统网络结构

根据煤炭专用码头的现状及未来发展需要分析，输煤控制系统网络结构采用3层网络结构，能够很好地满足系统需要。3层网络分别为设备层、控制层、信息层。输煤程控系统网络结构图如图1所示。

2.2 信息层设计

输煤程控系统信息层网络主要提供中控室上层计算机系统与各变电所间的数据交换，满足中控室生产操作调度人员对输煤系统设备的监视与操作需求。并与码头生产管理系统及洒水系统、斗轮机取料系统等输煤辅助系统进行数据的交换。

信息层采用国际流行的上位机监控方式，取代传统的操作盘和模拟盘控制方式，整个输煤程控系统的运行操作和监视全部在上位机实现。信息层设置操作员站、工程师站、服务器、冗余网络交换机及防火墙等设备。由于信息层通信网络数据量大而实时性要求不高，并且要求与不同厂商间的设备可以互连，为了保证网络通信的可靠性、稳定性及扩展性将采用TCP/IP协议的双冗余以太网。

2.3 控制层设计

为了提高控制系统的可靠性，输煤程控系统控制层的PLC 主机设备采用OMRON公司双机热备冗余CS1D系列产品。即配备2个PLC主机，2套主机装入相同的控制程序，当工作PLC 出现故障时，备用PLC能自动投入工作，其自动切换时间≤

48ms。由于控制层站间网络是进行控制数据的交换、控制和协调，因此对数据交换的实时性及可靠性要求较高，我们将采用的冗余Control Link模块作为控制站间数据交换设备。为保证控制层与信息层数据交换的可靠，系统将采用冗余以太网模块。

2.4 设备层设计

输煤程控系统设备层网络将系统底层的设备连接到系统控制站，这种连接包括现场各种驱动设备、反馈设备和仪表。现在各种现场设备一般都带有串行通信接口，因此选用协议宏模块通过串行通信将各种现场设备数据直接采集到控制器中。

3 输煤程控系统软件设计

输煤程控系统软件设计包括控制程序组态设计及上位机画面组态设计。

3.1 控制程序组态设计

根据煤炭码头工艺设备的操作控制要求，系统各控制站共同实现工艺生产过程的控制和操作管理，包括系统设备正常启动关闭，可以进行急停、故障停止，设备间安全互锁，报警信息的采集和报警以及与上位机数据通信、备份。系统控制流程图如图2所示。

3.2 上位机画面组态设计

输煤程控系统分为二级。一级为下位机系统，即欧姆龙PLC 和现场仪表。用来完成现场数据采集、生产监控、结果上传等功能。二级为上位机上采用IFIX应用组态软件，实现对现场设备

的监控。上位机画面不仅能显示电机、三通等系统设备的运行状态、过程参数、报警等，还可以进行各运行方式的选择和切换，进行自动、手动程控操作，同时还具有模拟量参数显示、棒状图显示、声光报警、打印制表等功能。

该系统的人机界面设计是应用组态软件iFIX来完成的。iFIX 是美国著名的Intellution公司的软件产品，是一套实现现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的高性能的工业自动化软件解决方案。iFIX可以精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反应，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市场的反应速度，提高用户收益。人机界面的设计首先要创建数据库文件，然后在客户端工作台绘制静态工艺画面，最后再通过数据链接建立动态连接，使数据库数据与静态工艺画面动态地连接起来。

4 结束语

该设计方案已经在实践中得以实施，整个系统安全可靠，稳定性高，将原来相对落后的输煤系统提高到了一个新的水平。随着计算机控制技术的进步，目前煤炭专用码头输煤系统大多采用集散控制系统(DCS)或现场总线控制系统，自动化程度越来越高，极大地提高了码头输煤系统的输送能力，增强了系统的安全性、可靠性和可维护性。