赵庄洗煤厂控制系统升级与程序优化研究

韩玉忠

（山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司，山西 长治 046605）

0 引言

山西晋煤集团赵庄洗煤厂是年产600 万t 的矿井型洗煤厂，同时承担着赵庄矿二号井的外来洗煤业务。自建厂之日起，其控制系统即根据自动化、现代化的理念进行设计[1]，但随着生产运行的不断深入，设备的更新改造，以及操作运行人员及检修人员水平的不断提高，原有的控制系统已不能满足更高层次的需求。因此，通过对其控制系统的分析研究，并制定实施解决方案，在原有控制系统的基础上通过升级改造实现系统的优化[2]，增强控制系统的可靠性、安全性，提高洗煤厂的工作效率。

1 原有控制系统分析

山西晋煤集团赵庄矿选煤厂控制系统自建厂以来使用IFIX 上位机软件+GE RX7I CPU 系统监控。原有PLC 系统控制主站安装在洗煤厂低压配电室，采用GE RX7I 系列的IC698CPE020 作为主CPU。该CPU 主频为700 MHZ，自带以太网通讯模块；在主站上安装从站通讯模块、远程IO 通讯模块和本地IO模块，通过从站通讯模块安装了5 个从站，连接低压配电室及附近的系统设备；同时通过2 套远程IO 模块连接远方压滤系统的设备信号。通过以太网与主控制室进行通讯，同时主控制室通过以太网将其他地方辅助控制系统监控起来。在实际运行过程中，原有的系统存在着一些问题。

1.1 PLC 站IO 模块问题

在经过几年的运行之后，系统硬件本身也出现了一些设备故障。

（1）系统主站VAL132 模拟量检测模块，一旦外部通道短路，该模块的通道将会烧坏，至今已烧坏了数块模块；

（2）系统由于几年来对设备的升级，现IO 备用通道已严重不足，现有一些设备和保护仪表由于没有IO 通道，无法添加到系统控制中来。

1.2 PLC 系统程序和逻辑问题

在几年的运行过程中，由于设备的老化和新故障的出现，原有的控制系统出现了一些程序问题。

（1）向PLC 装程序时，突然通讯不正常，CPU模块不能使用。

（2）由于程序设计不合理，当现场出现故障停机时，在集控室无法明确是哪台设备和哪一类故障造成的停机。由于判断不清，使排查故障费时费力，甚至故障没完全排查清楚就重新启动设备，造成安全隐患。

（3）在原有保护措施中，停车保护信号出现后系统应立刻停车。但实际运行中，由于种种原因，一些保护报警信号会出现短暂的虚假报警。由于所有设备都是互相关联的，误报警产生后引发一系列的设备开停，严重影响了正常的生产工作，而且设备频繁开停很容易造成设备老化和损坏。

1.3 上位机系统的问题

原有上位机系统采用的是DELL 计算机作为监控主机，每一台机子上均安装IFIX3.5 软件通过以太网与下面各PLC 系统进行通讯并监控，该系统存在一些问题。

（1）集控室配置的计算机已经无法满足现有监控要求，运行速度较慢，特别是在查找数据库时往往需要大约0.5 h。

（2）上位机与PLC 的通讯往往有中断情况发生，一些IO 点从PLC 模块上观察数据正常，但在上位机上却无法正确监控。特别是系统重新送电之后，全厂的电控阀门无法正常工作，上位机输入阀门开度数据下位机无法执行。

1.4 急需增加的功能

（1）目前整个报警点比较混乱，有些需要报警，有些则不需要，没有一个详细有效的列表说明哪些有效哪些无效，使现场工作人员很难判断哪个报警是有用信息，也就没有办法采取行动。现存的报警信息没有历史纪录，没有办法再现当时出现故障的现场情况，使工作人员没有办法分析故障。

（2）目前系统里没有报表系统，所有报表都是靠人工填写，易造成人为错误，影响工作效率。

（3）目前整个系统没有专门的数据收集处理服务器，造成单个监控终端满负荷运转，处理和浏览速度慢，影响工作人员正常工作。

2 问题分析研究

针对洗煤厂现状暴露出来的一些问题提出升级改造。重点研究解决以下几个方面的内容。

（1）接入与扩展接口。原有系统主控制PLC 的模拟接口、数字接口都已经接满设备，新上设备已经没有办法接入主控制网络。通过设计新的IO 柜为系统增加足够的新的通讯接口以满足系统未来几年的设备需求；同时将原有故障模块的信号也接入新盘柜内新的AI 模块中，并采用隔离器和保险端子避免再次由于接线短路造成损失，彻底解决VAL132 模块的损坏问题，也避免了由VAL132 模块损坏所造成的停机损失。

（2）PLC 程序问题。对原有PLC 程序进行优化修改，主要解决程序中不合理的部分；对原有CPU模块出现的无法下装等情况进行分析处理，并通过更换新的CPU 模块彻底解决此问题；同时对原有CPU模块检查处理，以确保系统的正常运行。

（3）对计算机和上位机程序进行改造，设计更换新的计算机系统，完成新的上位机安装，并完整地将原有上位机系统移植到新的计算机中；同时对IFIX上位机画面进行优化，使其更好服务系统，发挥远程监控效果。

3 解决办法

3.1 接入接口

在本地控制系统增加一个IO 盘柜，通过本地扩展将系统增加了48 个双通道AI 点、96 个DI 点、32个DO 点、8 个AO 点，为未来几年系统扩展提供了接口，同时将原有VAL132 模块中的IO 点转移到新的盘柜中。通过修改相关程序，接入接口后不影响原有系统的逻辑与显示。

3.2 PLC 程序问题

（1）CPU 系统问题解决方法。CPU 系统在不进行修改的时候也需要按时对其进行整理修订。若现场具备条件，每隔6 个月可进行一次程序备份刷新工作，以确保系统程序与备份系统的正确性。同时，由于原有CPU 的速度和内存均无法满足新的要求，因此将CPU 模块升级为高一级的IC697CPE040。该CPU 主频为1 800 MHZ，自带以太网通讯模块，满足未来几年的升级要求。

（2）原有系统由于缺少IO 点，很多皮带没有预警信号。本次系统增加了一个盘柜，充分满足了升级的需要。提高系统的安全性也是生产的必需环节，因此增加皮带预警信号就在实施阶段提了出来。皮带预警信号的警报方式统一为以下模式：

①按照启动前报警10 s 统一设置；

②报警10 s 后启动设备；

③在报警过程中如果出现拉绳等故障将不再启动该设备，以满足对人员设备的保护功能；

④根据现场工作面的噪音情况和设备的长短选择报警器的数量和种类，声音以该设备工作面上所有地点可在其他设备开启的情况下依然能够清晰的听到为标准；

⑤报警器的电源从MCC 柜取得，PLC 柜提供干接点信号；

⑥程序完成后，增加的电源和报警设备在系统运行间隙完成安装调试。

增加此项报警功能后，大大提高了现场的安全性。

（3）在系统运行过程中，一些现场保护信号，例如重偏、堵塞等种种原因出现了误报等情况，原有程序出于保护设备的原因立刻停止了设备运行，对生产造成一定的影响。保护信号的瞬时动作是出于对设备的保护所做的合理程序，在系统运行调试阶段，由于设备较新，因此保护信号误动的可能性很小。经过常年的运行，设备出现误报的情况时有发生，因此解决此问题也是提高生产效率的重要方面，但在修改的过程中又要避免保护设备动作后设备不停机这种拒动情况的发生。

经过对系统的分析，在PLC 程序中对一些报警信号添加了延时报警功能，如报警信号出现后在一段很短的时间内恢复，则认为此信号为误报，通过此程序将此信号切除，不影响系统，只有当信号保持不变才采取措施进行停机。经过验证，系统时间以1 s～3 s 为好，既不影响系统保护，也可有效消除误报。由于拉绳信号是手工操作信号，如出现误报的情况，肯定是拉绳保护开关本身已出现故障，需要进行更换，因此未对拉绳信号做延迟报警处理，以避免由于更换不及时造成更大的故障。

（4）信号报警出现后，系统停机，报警信号自动复位，通过报警查询和其他功能查找、时间过长且复杂，不能当时就给操作人员和检修人员提供正确的信息。当报警条件消除后，报警信号消失是正常的，但因为没有报警信号自保持功能，当出现信号瞬间动作自动复位等软故障时，操作人员和检修人员无法判断系统自动停机的信号来源。通过对程序和画面的梳理，报警信号的自保持在程序中已经实现，但仅仅是作为屏蔽设备的启动而存在，未显示在上位机系统中。通过将此信号在上位机系统的显示，能够更好的指导操作人员和检修人员的工作，更迅速查处故障，解决问题，提高运行效率。问题排查结束后，再通过复位按钮消除故障，系统才允许再次启动。也防止了由于无法查清故障原因而强行启动造成的设备损坏。同时在上位机画面中，为避免该报警信号对操作人员的操作造成影响，将此部分信号统一显示为设备状态画面，这样的显示更加直观，更好地帮助操作人员查清问题。

3.3 计算机和上位机程序改造

集控室的电脑配置不能满足软件维护需求，在数据库中找一个变量要花费0.5 h。原有系统完成于2006 年，上位机为DELL 计算机，操作系统为Windows XP，上位机系统为IFIX3.5 系统，通过现场检测，数据库查询速度明显偏慢，为了系统的稳定，必须更换计算机。将计算机系统更换为联想E5500、320 G 硬盘、4 G 内存、19 英寸液晶显示器。由于控制系统已完成很多年，其上位机软件版本也较老，IFIX3.5 不支持Windows 7 操作系统。由于授权原因，如升级IFIX 需要较多的资金投入，因此选择的此款计算机可安装与以前计算机一致的XP 操作系统。通过计算机的升级及上位机画面的移植，计算机的速度明显提高，现对IFIX 中的数据库的查找在1 min 以内，保证了操作的正确性、及时性，提高了故障的分析和处理能力。

4 改造效果

系统改造后，由于控制系统故障造成停机的事故率明显下降。增加了滤波程序消除1 s～3 s 以内的信号波动的干扰，程序优化后由于报警信号瞬间动作造成的临时停机对生产的影响明显减少。按照每次停机需要1 h 由检修人员检查排除问题计算，每年可增加运行时间10 h。通过对报警信号增加自保持信号，系统出现报警后通过画面可迅速排查出问题故障，减少检修排查问题需要的时间。按照每年系统出现故障20 次计算，每次排查时间减少1 h，每年可再增加运行时间20 h。通过以上对比分析，系统通过软硬件系统的优化，可提高系统运行效率，减少系统非正常停机时间，实现了原定的目标。

5 结语

目前，许多选煤厂及煤矿的其他控制系统经过几年的运行，由于设备的更换，现有控制系统的升级换代，上位计算机的老化，已不能适应新的生产情况，因此其改造空间相当大。该系统改造方式可以推广到其他选煤厂及工矿企业，推广前景广阔。信息发布系统通过实时数据库的基础平台，将现场数据存储起来，这种方式已经成为未来洗煤厂、煤矿和其他工业领域系统数据基础平台的标准[3]。通过基础数据的挖掘，将生产数据转化为管理数据以更快更准确了解生产消耗和产出，然后通过反馈指导生产提高生产效率，此种方式在现在激烈竞争的市场环境中必将成为企业精细化管理和实现超额利润的方式之一[4]。

[1]崔莉莉，陈相辉，李辛.基于PLC 的集中控制系统在城郊选煤厂的应用[J].煤，2008（02）：75+78.

[2]王维峰，王新平.PLC 在临涣选煤厂选煤控制系统中的应用[J].煤炭技术，2009（02）：117-120.

[3]刘建文，王坤.生产集中控制系统在东欢坨选煤厂的应用[J].选煤技术，2005（02）：117-120.

[4]秦艳军，郭志林.浅谈王庄矿选煤厂模块化技术改造自动化系统[J].煤，2010 (01):40-42.