基于工控组态的选煤厂智能化系统的研究

高俊梅

（1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063000）

1 概述

延安市车村煤矿一号井选煤厂采用“跳汰+重介+浮选”的选煤工艺，上位管理系统采用工控组态软件组态王设计而成。应用中，该组态软件生成的监控系统可以对选煤厂生产过程进行实时监控，实现现场工艺参数的实时采集及密度控制等，进而生成选煤厂生产管理需要的各种报表。

2 基于车村选煤厂组态软件的选择及简介

2.1 车村选煤厂组态软件的选择

组态软件的特点是功能全面、操作简单、拓展性强、运行可靠性高，但是针对于洗煤厂的工控软件种类繁多，在建立系统前选取适合车村选煤厂的组态软件是关键所在[1]。

车村选煤厂设备众多，系统复杂，工况环境恶劣。基于这些限制，北京亚控公司推出的组态王6.55具有比较完善的功能，性价比高，管理也可以实现最大的优化，能满足车村选煤厂自动控制系统的要求，因此本系统的上位机选用了组态王6.55。

2.2 车村选煤厂上位组态的优点

组态王软件结合了亚控公司自主研发的实时数据库（KingHistorian），目标是建立一个以工业应用为主的服务平台，这个平台能够对车村选煤厂的生产过程进行人机控制，汇总、计算、分析及管理现场返回的数据，使操作员能够及时地掌握生产的有关信息，进而使选煤厂的产煤率达到最大化。

车村选煤厂上位组态的优点主要包括：

（1）车村工程项目管理。上位机的项目管理器可以管理车村选煤厂的组态王工程，并且上位机组态王还可以对本工程进行系统加密、画面的开发以及数据的统计[2-4]。

（2）丰富的驱动能力，可与大部分的硬件连接，这就可以实现与现场设备之间的数据采集以及数据交换；画面设计系统，用来监视并控制选煤厂的生产过程，通过对画面设备的操作实现对现场实际设备的操作，达到整个生产过程中控制过程参数的显示以及修改。

（3）故障事件和系统报警。车村组态王故障事件和系统报警得到全面升级，更加凸显上位机的可靠、灵活、方便的优势，多种报警管理功能组成了组态王的分布式报警管理系统，进而可以随时记录应用程序事件和操作员操作信息[5-6]。

通讯模式，支持异地访问，车村上位组态可以通过远程拨号的形式与异地的设备进行通讯，组态的原有驱动程序与组态王的异地拨号达到无缝连接，进而原有的程序无需修改。通过此方法，车村选煤厂车间设备的运行状况就可以得到实时的显示，对于返回的数据可以进行打印以及上传等操作[7-9]。

（4）组态王的系统冗余。车村选煤厂的上位组态的冗余功能比较全面，这样就大大降低了丢失数据的可能性，系统的可靠性得到了提高。上位组态的冗余功能起着至关重要的作用，包括双网络冗余、双机冗余和双设备冗余。本系统因为有了冗余，才能更加可靠稳定地进行系统的运行，对各种状况都能游刃有余[10-11]。

2.3 车村选煤厂上位组态简介

车村选煤厂的上位组态系统主要涉及到以下四部分：项目的浏览器、项目的管理器、项目的信息以及项目运行画面。车村上位组态的总体架构如图1。

图1 软件结构框图

3 组态王在选煤厂自动控制系统中的应用

3.1 车村选煤厂自动控制系统设计

根据车村选煤厂控制系统的需求，在设计车村选煤厂自动控制系统前必须制定整体的可实施的方案，关键是要挑选与上位组态相匹配的终端节点、下位机和传感器以及可视化系统的建设和实现。技术路线如图2。

图2 技术路线图

根据车村选煤厂自动控制系统要求，组态王6.55作为本项目的上位组态，其中添加外部设备、画面的运行开发以及构造数据都是在组态王中进行的,通过以太网与下位机实现数据交换。

3.2 创建应用项目

依据车村选煤厂的监控系统和工作流程，建立数据库，定义外部设备，然后进行项目界面的绘制和开发，建立画面相应控件与变量（数字量、模拟量）的连接。建立完成后，要进行反复调试和运行，直到正常运行，项目建立完成。上位组态的建立流程主要包括五部分[4]，如图3 所示。

图3 应用程序流程图

（1）建立与PLC（SIMENSE S7-300）的数据通讯

组态王利用以太网和TCP/IP 协议可以与PLC（SIMENSE S7-300）的模块进行通讯，工控机网卡与PLC（SIMENSE S7-300）在通讯之前需要进行如下设置：首先，确保工控机中安装有以太网卡,并与PLC（SIMENSE S7-300）的模块连接到同一局域网中；其次，通过编程软件Step7 为下位机通讯模块设定IP 地址和子网掩码，并下传到下位机中；最后，通过ping 命令查看数据通讯建立是否成功[12-13]。上位机与下位机的网络通讯如图4。

图4 上位机与下位机网络通讯图

（2）定义数据变量

组态王的数据定义内容包括对数字量和模拟量以及中间量的定义，在创建项目过程中可以定义变量的安全区、基本属性和报警记录。传统都采用字节定义，这样可以节省前期工作，但是本项目采用了位定义，虽然前期任务重，但是在调试和生产过程中如果遇到问题，可以很快地得到解决，为以后长期运行提供了安全保障，部分变量见表1。

表1 I/O 变量定义

（3）设计图形界面

车村选煤厂自动化控制系统的界面有：登陆、工艺流程图、密度控制、历史趋势曲线、设备状态、数据报表、紧急停车、顺序启停、每个设备的启停控制等画面。工艺流程画面按照设计的要求，完成逆煤流顺序启车和顺煤流顺序停车控制，如果有事件或者故障发生，实现顺煤流停车控制以及紧急停车控制；密度控制画面采用单独的画面控制，该画面可以对密度计、磁性物含量、加水、分流进行控制，从而达到重介质密度的控制；历史趋势曲线画面可以在线监测密度计、磁性物、压力表、浮选入料液位、加压过滤池液位的数据变化或者查看他们的历史情况，这样方便操作人员实时掌握数据，进而得到对比。

（4）车村上位组态的调试和运行

车村选煤厂控制系统是在系统环境下运行设计制作的画面，其中运行系统和开发系统是分开独立的，因此，车村选煤厂的系统可以同时编辑和运行。只有不断地对本系统进行调试修改，本系统的功能才能够得到完善，运行界面如图5。

图5 运行主界面

4 结语

选煤厂的自动控制发展，要求不能仿照以往的生产模式，要紧跟现代化、智能化的脚步，建立分布式的监控系统[14-15]，进而提高洗煤厂的效率和质量。但由于项目重，工程紧，时间短，本系统尚存在很多缺点，组态王技术还没有得到全面开发，界面还需要更进一步地完善，还需着重开发更多的功能。