网络信息技术在晓南矿选煤厂集中控制系统改造中的应用

赵峥　刘迎　耿步平

摘 要：现代化选煤厂应基于通讯技术、计算机技术、信息处理技术、多模式人机交互技术等，建立以网络为支撑，信息管理为核心，监控与管理实现一体化的以信息技术为手段的集成网络系统。实现集中管理和高层监控，远程诊断和远程维护；提高生产效率和质量控制；资源高度共享；高效营运；推动企业信息化，加快技术进步；增强企业的综合效益和竞争实力。文章介绍了基于信息网络的的集中控制系统的构成、系统功能与作用以及在晓南矿选煤厂的应用实践。

关键词：信息；网络；系统设计；系统集成

前言

晓南矿选煤厂是一座年处理能力220万吨的矿井型选煤厂。有多个生产作业流程，有原煤筛选车间，重介车间，跳汰车间，压滤车间及尾矿水循环利用系统。生产加工工艺繁杂，生产量大，参与生产加工的设备多，车间厂房分布区域大，需要自动化程度高。

现有集控系统于2004年11月投入运行，其构成主要包括PLC控制、视频监控、调度通信三大部分，各系统分别独立，各成系统，没有实现系统联动，通信介质采用通信电缆，经常出现通信故障情况，影响生产的正常运行；根据生产需要工艺不断的调整变化，软件、硬件模块已经不能完全适应现有的生产工艺；长时间运行，原有设备元器件不断老化，维护难度和维护成本越来越高，故障率也越来越高，因此，非常有必要对现有集控系统进行升级改造。

1 信息网络设计

2013年，晓南矿选煤厂与徐州兆恒工控科技有限公司合作，对晓南矿选煤厂集中控制系统进行了网络信息及集中控制系统改造。研究决定将晓南矿选煤厂的网络系统分为三个层次，分别为信息管理网络层、生产调度网络层、现场控制网络层。在这三个层次中建立起完整的控制及管理信息网络，使晓南矿选煤厂形成集设备集中连锁控制、工艺过程参数监视及控制、信息传输及生产信息管理为一体的多功能综合自动化控制体系，使选煤厂生产与管理系统建立在一个高度网络信息化的平台上，是一个多层的网络结构。

1.1 信息管理网络层

管理信息网络层包括：信息管理服务器、各车间管理计算机、技术组、厂、矿领导等所需管理计算机以及连接这些终端的交换机等。在该网络中，信息管理服务器负责从各个网络终端以及生产调度网络层中获得基础数据，并根据一定的规则对基础数据进行处理、汇总、存储，并生成各种有用报表。该网络中的各个计算机终端，能将各种基础数据汇总到信息管理服务器上，同时，能从信息管理服务器上获得自己需要的信息。

1.2 生产调度网络层

生产调度网络层包括：环形工业以太网、控制计算机、IP调度计算机、各个远程控制终端、无线通话基站、IP调度管理机、数据归档服务器、视频服务器等。在该网络中，环形工业以太网采用光纤作为传输介质，不受现场各种电磁干扰的影响，最大限度的保证了控制信息的可靠性。生产调度网络的存在，为各种信息的采集和传输提供了一个快速通道。除此之外，该网络具有网络冗余功能，当环形网络中的任何一点断开时，对整个网络的功能没有影响，此时，断网提示能快速的反映到控制计算机上，以便及时发现并进行处理。

1.3 现场控制网络层

现场控制网络层主要包括：由各个分站向下延伸的PROFIBUS网络、Modbus网络、通用串口网络，或者从工业环网直接向外延伸的各种总线网络。该网络一般采用485通信，传输距离远，抗干扰能力强。这些网络分在各个生产车间，主要负责局部设备的控制和现场数据的采集，如Modbus网络负责电机保护数据采集、变频器参数采集，电度表数据采集，Profibus网络负责变频器参数调节以及变频器参数采集等。它们将采集的数据，通过生产调度网络层，按照指定的协议上传到控制计算机，供生产调度进行参考。

2 现场控制系统的设计

2.1 PLC硬件设计

根据晓南矿选煤厂的特点，采用了集散型控制系统结构模式。主站设在选煤厂集中控制室，分站分别设在筛分车间、重介车间、跳汰车间、压滤车间、煤泥干燥车间、联合泵房等主要生产车间配电室。

主站和各个独立分站都采用一套独立的S7-300可编程控制器进行控制。变频器、电机综合保护器、流量计、灰分仪等设备通过PROFIBUS、MODBUS总线与PLC分站通讯，形成完整的通讯网络。

2.2 上位机监控软件设计

晓南矿选煤厂既有重介选煤，又有跳汰选煤，都通过筛分车间给2个洗煤车间提供生产原料，而2个洗煤车间又有共用生产环节，软件逻辑闭锁关系复杂，在软件设计上，既要保证2个生产环节的顺利进行，又要保证另一个生产环节出现问题而不互相影响。并在设计上做到了以下几点：

（1）系统运行中，某台设备发生故障停车时，故障设备沿煤流方向以后设备同时停车，故障设备沿煤流方向前设备延时一段时间顺序停车，如在延时范围内故障排除，延时顺序停车程序终止，操作人员重新启动预警铃起车，不能在延时范围内排除故障，停止全部起车设备。

（2）监视系统、与控制系统通过网络进行系统链接，当某台设备起车或运行中故障停车，上位机有声光报警，上位机画面立即跳到故障点的画面，提示操作人员处理故障；同时，在大屏幕上显示故障点附近定点摄像头画面，智能球转向故障设备区域；按照故障等级，将故障原因以电话短信的方式发到相关人员或值班人员的手机上，以便尽快处理故障。

（3）集控起停车的设备可以任意的连锁、解锁、而不影响其他设备的起停；任意几台设备可以连锁集控运行。

（4）可以模拟起车、运行程序，而现场的设备不需要启动，作为调度员培训、软件调试起停车流程用。还可对起车流程进行修改，以适应将来工艺流程的变化。

3 监视、通讯、信息管理系统

3.1 视频监视系统

系统主要由电视墙、摄像机、视频分配器、硬盘录像机、视频终端计算机、视频光端机、矩阵切换器传输介质等组成。

视频监控系统工程布线及结构特点：通过局域网络与控制系统联动；每路摄像头通过光纤局域网传输；视频信号供电采用局部集中供电模式，保证了视频监控系统的稳定性；调度人员能监视视频监控系统的供电状态，便于及时排查故障。

3.2 调度通讯系统

主要特点：（1）采用双调度键盘模式，提高了系统运行的可靠性；（2）硬件平台集成了电话录音功能，无需增加第三方的录音卡，就能实现电话录音功能；（3）系统灵活的将远程的无线分机和IP电话都纳入了系统内部分机编号中，对固话分机、远程IP分机以及无线分机进行统一编制短号、统一指挥调度、统一维护管理，将调度指挥功能从本地延伸到远端的每一个角落。

3.3 信息管理系统

选煤厂信息管理系统是一套网络应用程序，这套应用程序运行在一个网络服务器上，在服务器上装有数据库，数据库中的数据来源与集控系统运行数据和各部门手动录入的数据。

整个信息管理系统包括一下几部分：信息管理服务器、客户端、网络。信息管理系统软件运行在信息管理服务器上，选煤厂内的每台联网计算机都算作该服务器的客户端，用户可以通过IE浏览器或客户端程序进行填报数据、查询数据、打印数据、导出数据。

信息管理系统的主要功能：（1）信息公告；（2）工作流功能；（3）调度台帐；（4）化验台帐；（5）成本考核；（6）机电设备管理；（7）数据曲线；（8）仓库管理；（9）设备运行记录；（10）操作记录查询。

3.4 巡检考勤系统

巡检考勤系统分布在各个车间的考勤机通过以太网与放置在集中控制室的考勤服务器进行数据交换。用户的各种信息，在考勤服务器上进行采集后，通过U盘下载到各个考勤机，也可以通过网络直接下载靠考勤机。

功能及特点：（1）考勤员通过本系统可以简单清晰地统计员工考勤信息，方便快捷地生成报表；（2）图形操作、方便调整、报表统计、快速准确、实时监控、远程管理、自动升级；（3）通过接线端子外接音箱，可以将识别后的语音报姓名、报警声音放大输出；（4）设置考勤时间间隔：通过设置考勤时间间隔，有效减少重复考勤记录数量。

4 效益分析

4.1 安全效益

改造后的集中控制系统拥有先进可靠的控制硬件；完善的皮带和电动机综合保护系统；科学的设备状态检测；视频监测监控系统。形成了一套完整的选煤厂底层自动化系统，为选煤厂安全可靠运行打下了坚实的基础，完善的监测监控手段，对选煤厂机电设备运行中的隐患提前预警，可有效避免生产过程重大事故的发生。

原系统于2004年投入运行，PLC模块电子元件已老化，可靠性降低，不可预见性的故障明显增多，控制继电器由于长时间运行，通断的可靠性大大下降，导致选煤厂生产中断增多。集控系统改造后，设备监测手段先进，故障报警功能完善，故障分析、处理时间大大减少。和之前的情况相比较，每周故障处理时间减少20分钟计算，一年按照300个生产日计算（300/7=40周），每年减少处理设备故障停机时间800分钟。

4.2 管理效益

新的集控系统在集控室安装了服务器，既可以实现控制功能，又可以实现信息发布功能，实现在全厂、全矿、全局浏览流程画面，查看选煤厂的各种生产信息，供管理人员监视、调度指挥生产。为各级领导和管理人员提供了科学的决策依据。通过系统的软硬件资源，建立集控系统日志，并查看历史数据，降低了工作人员的劳动强度，提高了厂区现代化管理水平。

4.3 经济效益

原有系统不能在线改变重介车间、筛分车间公用部分工艺流程，每次改变流程都要把所有的设备停下，更改流程后，重新启动。这样增加了设备无故障停车时间，多消耗了电能，影响整体工作效率，新的集控系统能够在线改变流程，使2个流程公用的设备不停机， 其他设备按闭锁关系起停，节约电能，提高生产效率；能够在线改变闭锁关系，调整运行的设备。生产流程主要设备的总容量为 4297.4KW，按平均每天减少全停机改变流程一次，折合空开皮带等设备30分钟。此一项每年节约电能40多万元。

5 结束语

网络自动化时代已经到来，综合化、网络化、智能化、信息化是本世纪自动化技术的发展趋势。建立信息化网络化的企业管理监控系统，可充分利用系统资源，实现强有力的过程动态监测和信息管理功能，从而使生产信息系统从单元化走向多元化，对过程优化、产品质量改善、生产效率提高及安全性、可靠性保障等方面起到重要作用。

参考文献

[1]周祥萍，等.选煤厂微机监控系统抗干扰问题的探讨[J].选煤技术，2001，1：39-40.

[2]杨永.选煤厂全厂监控系统的研究[J].选煤技术，2001，1：1-2.

[3]四季春.基于信息网络的选煤厂监控管理系统设计[J].选煤技术，2006，2：46-48.

[4]杨永.通用微机与PLC的通讯[J].选煤技术，2001，5：55-56.

[5]叶桂森.选煤产品装车系统自动化的探讨[J].选煤技术，1988，6：8-9.

[6]冯孝慈，李法俊，等.显德汪矿选煤厂生产系统集中控制[J].煤质技术，2004，5：22-23.