煤氣生產是某燃氣分廠主要經營項目之一。輸煤系統是確保煤氣生產安全可靠運行的支持系統。該輸煤系統由 14 臺振動給煤機、15 條輸煤皮帶、2 臺振動篩、2 臺粉碎機、2 個電磁鐵、1 套下煤機、1 臺出灰機、3 臺排水泵、6 個煤倉組成。該系統的主要任務是對來料進行運輸、粉碎、去 雜、篩選，將符合要求的原煤按時送入煤倉，保障生產用煤不間斷供應。該輸煤系統原采用繼電器-接觸器控制系統 （下煤機和出灰機采用 S7-200控制系統），各部分現場獨立控制，各工位操作人員通過無線對講機現場溝通。由于輸送線路長，輸煤廊環境惡劣，設備數量多，以及無線對講干擾大等原因，該系統存在工作效率低，故障反饋實時性差，安全性差等問題。鑒于輸煤控制系統在煤氣生產過程中的重要作用，為提高生產效率，對該系統進行改造升級，在主控室新增一套自動控制和監控系統，以實現遠程操作與監控。該系統采用自動、手動兩種控制方式，兩種控制方式均具備連鎖功能，遵循特定順序啟停，獨立運行由點動功能控制。

 

 1 系統組成

1.1 硬件系統構成

      本次改造所需硬件系統包括：PLC 系統、數據采集系統、HMI 系統和工業電視系統 （見圖 1）。 

（1） PLC 系統

      本系統采用 S7-300 系列的 315-2PN/DP PLC作為主站，采用 ET200M 接口模塊作為從站，采用PROFIBUS-DP 總線和 DP 耦合器連接主控 PLC、ET-200M、下煤機和出灰機的 S7-200PLC，通過過程映像區實現各 PLC 之間的數據交換。S7-300 是模塊化的中小型 PLC 系統，廣泛應用于各種生產制造領域，其功能模塊可以滿足自動控制任務，用戶可以根據實際應用選擇合適的模塊，當需要增加控制任務時，可通過附加模塊對 PLC 系統進行擴展。

 

（2） 數據采集系統

      數據采集系統由雷達物位計、液位計、拉線開關、跑偏開關等元件組成，其中雷達物位計用來測量料倉煤量，液位計用來測量污水坑水位，接近開關用來檢測皮帶跑偏、打滑和各設備的極限位置。雷達物位計選擇 ULM 系列產品，該雷達物位計采用 FMCW (調頻連續波) 測量原理，將微波傳輸時間轉換成頻率差的方式，通過測量頻率差代替直接測量時差來計算目標距離。經過線性調制的微波信號通過天線連續發射微波，在被測物料表面產生反射波后由雷達天線系統所接收，發射信號和返回信號之間的頻率差正比于天線到物料表面的距離，以此計算出物位高度，并將數據通過模擬量接口傳給PLC （見圖 2）。 

（3） HMI 系統

      HMI 系統設置了一臺工業控制計算機，采用工業以太網方式與核心控制器 S7-300 通訊。IPC 放置在主操作臺上作為操作人員 HMI。WINCC 界面中包含各設備的啟停及點動控制、各設備的運行狀態、故障報警顯示、操作模式選擇等功能。 

 

（4） 工業電視系統

      本系統由防爆筒型網絡攝像機、硬盤錄像機、解碼器、交換機、液晶電視墻組成，在各主要工位安裝防爆筒型網絡攝像機，配合無線對講系統，使主控室可實時監控，指揮現場操作人員進行巡視、生產、檢修等工作。

 

 

1.2 軟件系統

（1） PLC 編程軟件

      PLC 編程軟件采用 SINAMIC STEP7 V5.5 SP4版本。筆者用 STEP7 對系統進行硬件配置、通訊組態、編程、測試、診斷等。其中編程語言采用LAD (梯形圖) 與 STL (語句表) 相結合的形式，其中基本邏輯用 LAD 編寫，數學計算與數據類型轉換用 STL 編寫。

 

（2） HMI 編程軟件

      WinCC 數據采集與控制系統能高效控制自動化過程，具有極強的開放性和系統穩定性，它用于組態用戶界面以操作機器和監視設備狀態 [2] （見 圖 3）。（3） iVMS-4200 Video Wall管理員使用 PC 機，通過 iVMS-4200 電視墻客戶端軟件 iVMS-4200 Video Wall (版本 v2.6.3.2) 管理和配置解碼器與硬盤錄像機。

1.3 網絡組成

      該系統由兩層網絡組成：工業以太網和PROFIBUS-DP 網。工業以太網利用工業以太網交換機構成星型拓撲結構，用于 HMI 顯示系統與PLC 系統通訊。PROFIBUS-DP 網用于控制器 PLC和遠程分布式 I/O 之間的通訊

2 主要功能

      升級改造后的系統可實現本地手動控制、遠程手動控制和遠程自動控制，遠程手動/自動控制通過 HMI 開關進行選擇。在 HMI 中可控制各設備開關，顯示其工作狀態、報警指示等信息。工業電視系統能顯示、儲存、回放各工位現場情況。

2.1 本地手動控制

      在各工位都設有本地控制箱，可由現場操作人員手動控制設備的啟停、點動、報警等功能。在PLC 系統出現故障，等待維修期間，能保證正常生產。

2.2 遠程手動控制

      在 HMI 上選擇手動控制，用 HMI 開關按連鎖順序逐臺啟停各設備，也可單獨點動各設備，點動時各設備不受連鎖關系影響。此外，通過配合連鎖電路，也可實現急停功能。

2.3 遠程自動控制

      操作人員巡檢設備，確定設備具備啟動條件后，在主控室 HMI 上一鍵啟動，啟動后，下煤機自動走行到 1 號料倉，皮帶啟動前，響鈴提示，然后按設定啟動順序，從高序號到低序號間隔 5 s 逐級自動連續完成設備啟動。其中，震動給煤機只能在皮帶全部運行后，按實際用煤需求，手動啟動。輸煤過程中，下煤機在料倉滿倉時停止下煤，并自動走行到下一料倉，繼續下煤。其中震動給煤機先停止工作，然后在主控室 HMI 上一鍵停止，按設定停止順序，從低序號到高序號間隔 5 s 逐級自動連續完成設備停止。污水泵在污水坑水位報警時會自動啟停（見圖 4）。

 

2.4 視頻監控

      采用 XE62 系列網絡攝像機進行視頻采集，通過DS-6900UD 高清解碼器解碼顯示，利用 DS -8632N 硬盤錄像機對圖像進行處理、儲存、檢索、備份，以及網絡傳遞和遠程控制。畫面投放到組合液晶屏電視墻上，可根據需要分屏顯示或單屏放大。利用 iVMS-4200 Video Wall (版本 v2.6.3.2) 軟件進行配置。

 

 3 結 語

      該系統的總體技術方案是以工業計算機 （IPC）系統、PLC 為控制系統核心，采用網絡系統構成遞階分布式體系結構，該結構具有安裝配線簡單，維護方便的優點。改造后的系統實現了設備運行的自動化管理和監控，減輕了人力負擔，提高了系統的可靠性、可控性和安全性，不但提高了工作效率，而且增加企業收益。投入使用后，運行狀態良好。