一种选煤厂集控系统的设计方法

技术领域

本发明涉及选煤厂集中控制技术领域，具体涉及一种选煤厂集控系统的设计方法。

背景技术

在选煤厂，通常使用专用的选煤厂集中控制PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)系统对选煤厂的全部设备进行集中控制。PLC为数字运算操作的电子系统，对数据进行逻辑运算处理，通过数字或模拟输入输出将运算结果发送到执行机构，实现对电气设备的控制，是选煤厂集中控制系统的核心。随着现代选煤厂规模逐步扩大，工艺日趋复杂，选煤厂设备的种类不断增多，设备控制方式也各不相同。当前，旧有的PLC控制系统不能适应不断发展变化的选煤厂设备控制需求，系统或设备升级时需要工程师对PLC控制逻辑进行反复修改和调整，使生产效率受到影响，系统维护困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种选煤厂集中控制系统设计方法，以选煤厂的所有设备为控制对象，按照设备的控制方式对控制参数进行定义和划分，照此设计集控系统可实现对选煤厂设备的集中高效控制。

本发明提供一种选煤厂集控系统的设计方法，包括：基于选煤厂集控系统中不同设备的控制方式，将选煤厂集控系统中的控制参数分为共用参数、自有参数和输出参数；其中，共用参数为全部设备的输入参数，自有参数为选定设备的输入参数，输出参数包括全部设备的输出指令和设备运行状态参数。

按照本发明实施例的设计方法对选煤厂集控系统的若干控制参数进行定义和划分，按照该设计开发选煤厂的设备属性和设备功能封装，导入到控制平台中，通过一系列处理，可将选煤厂设备的硬件输入输出与对应的设备属性连接，即可正常运行选煤厂集控系统，最大程度地实现集控系统对选煤厂设备的集中、高效控制；并且实际中整个处理过程相当快捷，可大大缩减集控系统的前期设置及后期维护时间。

附图说明

图1是本发明实施例中抽象设备对象(Device Object)的框图。

图2是本发明实施例中集控指令输入(CMD)属性的框图。

图3是本发明实施例中现场硬件输入(STU)属性的框图。

图4是本发明实施例中时间设定(TIM)属性的框图。

图5是本发明实施例中输出(O)属性的框图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。

首先简要介绍本发明实施例使用的集中控制系统平台，RSLogix5000是美国罗克韦尔公司出品的供用户开发PLC应用系统平台，本发明的选煤厂集中控制系统基于RSLogix5000平台，以选煤厂设备为控制对象，应用面向对象设计思路，根据选煤厂设备的控制特点，对选煤厂设备的属性和功能进行抽象和封装，利用设备对象的可管理性和封装性，实现选煤厂集控系统的管理，提高选煤厂集控系统运行稳定性。

在应用面向对象设计过程中，首先抽象设备对象，设备对象包含设备属性和设备功能两部分。设备属性主要实现设备输入和输出信号的接口连接以及设备相关特性的设置；设备功能主要实现设备的启停、报警、闭锁、自动煤流启停车等功能。设备对象能兼容胶带机、浅槽、刮板、振动筛、离心机、泵类、磁选机和阀门等各种选煤厂设备。抽象设备对象的框图如图1。

其中，根据选煤厂设备的控制特点，设备属性划分为两大部分：共用属性和自有属性，以下进行详细描述。

一方面，共用属性用于连接所有设备共同的输入属性，参考图1，共用属包括以下项目：

全线紧急停止(EMG)---输入有效时全部设备紧急停止，用于选煤厂紧急安全操作；

全线远程指令(REM)---输入有效时全部设备转为远控连锁工作模式；

全线本地指令(LOC)---输入有效时全部设备转为本地检修工作模式；

全线复位指令(RST)---输入有效时复位全部设备的报警；

全线二次回路测试(TEST)---输入有效时全部设备转为二次回路测试工作模式；

全线备用(BAK)---提供一个全线备用输入属性；

全线自动启动信号(ST_P)---输入有效时全部设备处于全自动启动过程中；

全线自动停止信号(SP_P)---输入有效时全部设备处于全自动停止过程中；

全线启动时间(STPT_P)---全部设备自动启动已经过的时间；

全线停止时间(SPPT_P)---全部设备自动停止已经过的时间。

其中，最后四个输入属性用于设备全自动启停过程控制。

另一方面，自有属性用于连接全部或部分设备自有的输入属性，自有属性根据其功能特性可分为：集控指令输入、现场硬件输入、时间设定、设备特征和输出。

参考图2，集控指令输入(CMD)属性主要包含选煤厂上位机电脑对设备的操作和设备间的固有关系，具体如下：

上位正转指令(StartF)---输入有效时上位机启动设备正转；

上位反转指令(StartR)---输入有效时上位机启动设备反转；

上位停止指令(Stop)---输入有效时上位机停止设备运行；

上位锁停指令(Lock_SP)---输入有效时煤流闭锁停止设备运行；

上位远程指令(Rem)---输入有效时设备转为远控连锁工作模式；

上位本地指令(Loc)---输入有效时设备转为本地检修工作模式；

上位复位指令(Rst)---输入有效时复位设备的报警；

(Bak1)---上位指令备用；

反转模式(Rel)---输入有效时，设备不参加选煤厂全自动启停运行，主要用于选煤厂辅助设备，如：浮选加药设备和絮凝剂设备等；

反转模式(Rev)---输入有效时，设备以反转方式参加全自动启动，主要用于选煤厂煤仓上配煤刮板或皮带，该类设备有正反转两种工作模式；

(Bak2)---上位模式备用。

以下列出上位机对设备保护投入和撤销的操作属性：

堵塞检测撤(DS)---输入有效时,设备堵塞保护撤销，不再检测堵塞开关；

欠速检测一撤(QS1)---输入有效时,设备欠速保护一撤销；

欠速检测二撤(QS2)---输入有效时,设备欠速保护二撤销，主要用于设置有两个欠速开关的破碎机；

重跑偏检测撤(ZP)---输入有效时,皮带跑偏保护撤销；

打滑检测撤(ZD)---输入有效时,皮带打滑保护撤销；

撕裂检测撤(ZS)---输入有效时,皮带撕裂保护撤销；

温度检测撤(TP_F)---输入有效时,设备电机温度保护撤销；

(Bak3)---设备保护撤销备用；

(Bak4)---设备保护撤销备用；

(Bak5)---设备保护撤销备用；

(Bak6)---设备保护撤销备用。

以下列出小系统中设备间指令属性，如絮凝剂制药系统：

局部运行状态(LState)---输入有效时，设备处于小系统运行中；

正转启动指令(LStartF)---输入有效时，在小系统运行中，启动设备正转；

反转启动指令(LStartR)---输入有效时，在小系统运行中，启动设备反转；

停止指令(LStop)---输入有效时,在小系统运行中，停止设备运行。

以下列出设备间固有关系属性，如离心机，主电机设备启动前要求油泵电机设备首先启动，油泵电机设备停止前，要求主电机先停止：

正转启动条件取非(STF_N)---输入有效时,设备不允许正转启动；

反转启动条件取非(STR_N)---输入有效时,设备不允许反转启动；

正转停止条件取非(SPF_N)---输入有效时,设备不允许正转停止；

反转停止条件取非(SPR_N)---输入有效时,设备不允许反转停止；

(Bak7)---备用；

(Bak8)---备用。

参考图3，现场硬件输入(STU)属性主要包含选煤厂设备硬件指令和信号输入，以及设备闭锁信号，具体如下：

正转按钮(STF)---正转启动按钮输入，有效时启动设备正转；

反转按钮(STR)---反转启动按钮输入，有效时启动设备反转；

停止按钮(STF)---停止按钮输入，有效时设备停止运行；

(Bak1)---输入备用；

回路保护(QF)---送电断路器输入，有效时设备送电完成；

正转返回1输入(KMF1)---正转接触器输入，有效时设备正转运行；

正转返回1输入(KMR1)---反转接触器输入，有效时设备反转运行；

保护1输入(KH1)---电动机保护输入，有效时设备电机保护动作，有故障；

欠速保护1输入(QS1)---欠速开关输入，检测设备欠速运行，如刮板；

设备上电1(POW1)---送电信号输入，主要用于变频器送电检测；

变频器就绪1(VRD1)---变频器准备好信号输入，检测变频器状态；

变频器故障1(VFUT1)---变频器故障输入，有效时变频器故障；

正转返回2输入(KMF2)---感念同上，用于双电机驱动设备；

正转返回2输入(KMR2)---感念同上，用于双电机驱动设备；

保护2输入(KH2)---感念同上，用于双电机驱动设备；

欠速保护2输入(QS2)---感念同上，用于双欠速保护设备；；

设备上电2(POW2)---感念同上，用于双变频器设备；

变频器就绪2(VRD2)---感念同上，用于双变频器设备；

变频器故障2(VFUT2)---感念同上，用于双变频器设备；

轻跑偏检测输入(QP)---皮带轻度跑偏输入；

重跑偏检测输入(ZP)---皮带严重跑偏输入；

轻打滑检测输入(QD)---皮带轻度打滑输入；

重打滑检测输入(ZD)---皮带严重打滑输入；

堵塞检测输入(DS)---堵塞开关输入，用于溜槽堵塞检测；

撕裂检测输入(ZS)---皮带撕裂保护输入；

拉绳检测输入(LS)---皮带拉绳保护输入；

油压信号输入(YY)---润滑油压输入，有效时离心机润滑正常；

正转限位输入(SQF)---闸门正转打开限位输入，有效时闸门打开；

反转限位输入(SQR)---闸门反转关闭限位输入，有效时闸门关闭；

(Bak2)---输入备用；

本设备停止指令(LKIN)---设备闭锁信号，用于闭锁本设备；

lOCK信号传递指令(LKOUT)---设备闭锁信号输出，用于闭锁其他设备。

参考图4，时间设定(TIM)属性主要包含选煤厂设备控制功能相关的时间参数属性，具体如下：

正转返回检测时间(KMF)---设备正转启动状态输出后，正转返回检测时间设定。如果在设定正转返回检测时间内未返回正转返回输入，报设备正转返回故障；

反转返回检测时间(KMR)---设备反转启动状态输出后，反转返回检测时间设定。如果在设定反转返回检测时间内未返回反转返回输入，报设备反转返回故障；

堵塞检测时间(DS)---堵塞滤波时间设定。堵塞检测输入有效时间超过堵塞检测时间，报设备堵塞故障；

正常运转需要时间(ST)---设备启动所需时间设定。设备开始启动到正常运行所需时间；

欠速检测时间(QS)---设备欠速检测时间设定。设备正常运行后，在欠速检测时间内未检测到欠速开关运动信号，报设备欠速故障；

(Bak1)---时间设定备用；

(Bak2)---时间设定备用；

(Bak3)---时间设定备用；

单机自动启动时间(STT_P)---在全部设备自动启动时，本设备的启动时间点设定；

单机自动停止时间(SPT_P)---在全部设备自动停止时，本设备的停止时间点设定；

避电流高峰启动时间(AUST)---为减少全部设备自动连续启动对电网造成冲击，设定设备的避电流高峰启动时间。设备启动后，在避电流高峰启动时间内，禁止启动其它设备；

输煤结束停止时间(AUSP)---在全部设备自动停止过程中，为保证选煤厂设备将煤全部输送完成，需设定设备的输煤结束时间。确保设备在输煤结束停止时间内能将煤全部送到下一个设备；

响电铃时间(BELL)---选煤厂一些大型设备启动时，为保证人员安全，设备启动时需发出警告电铃，响电铃时间是设备启动前警告电铃的打铃时间。

参考图4，设备特征(ATT)属性主要包含选煤厂设备控制类型的设定、电机其它附属状态输入和一个属性备用。设备特征属性设计可提高设备属性的扩展性和灵活性。

除上述共用属性和自有属性之外，设备属性还包括输出(O)属性，参考图5，输出属性主要包含全部选煤厂设备输出指令和设备运行状态，具体如下：

正转启动状态(KMF)---启动设备正转运行；

反转启动状态(KMR)---启动设备反转运行；

正转合闸输出(KMFH)---输出设备正转启动脉冲(用于脉冲指令设备)；

正转分闸输出(KMFF)---输出设备正转停止脉冲(用于脉冲指令设备)；

反转合闸输出(KMRH)---输出设备反转启动脉冲(用于脉冲指令设备)；

反转分闸输出(KMRF)---输出设备反转停止脉冲(用于脉冲指令设备)；

运行返回(RUN)---设备启动运行信号返回；

正常运行(RUNG)---设备启动结束，正常运行中；

本地状态(LOC)---有效时为本地检修模式，无效时为远程连锁模式；

故障状态(FUT)---设备有故障；

告警状态(ALM)---设备有告警；

故障状态(远程)(FUT_R)---设备处于远程连锁故障状态；

正转启动允许(STFRD)---设备允许正转启动；

反转启动允许(STRRD)---设备允许反转启动；

停止允许(SPRD)---设备允许停止；

(Bak1)---设备输出备用；

电铃输出(BELL)---输出启动警告电铃；

正转输出(TOKMF)---输出启动设备正转；

反转输出(TOKMR)---输出启动设备反转；

报警代码(COD)---包含设备的详细故障和告警状态；

工作模式(MOD)---以数值的形式显示设备运行状态。

以上详细描述了本发明的选煤厂集控系统的设计方法，尤其是对选煤厂中各种设备的输入、输出参数及其功能进行了详细的定义和划分，设计人员根据该方案设计选煤厂集控系统，能够在最大程度上实现选煤厂设备的高效控制。

在实际应用中，RSLogix5000平台中按照上述方案进行设备属性抽象，然后封装设备属性，通过该平台的结构数据类型封装选煤厂的设备属性。具体来看，根据选煤厂设备属性的抽象划分，在RSLogix5000平台中设计开发新的用户结构数据类型——Device类型，Device结构数据类型是设备属性的封装，它包含集控指令输入(CMD)、现场硬件输入(STU)、时间设定(TIM)、设备特征(ATT)和输出(O)等几个子结构，这些子结构与选煤厂设备自有属性的抽象划分相对应。通过数组阵列完成设备属性的实例化，例如U[0]是设备(设备代码2021)属性封装的实例，U是选煤厂所有设备属性封装的实例集合。

设备属性封装完成后，需要进行设备功能的封装，通过RSLogix5000平台的Add-On指令封装选煤厂的设备功能。具体封装过程是在Add-onInstructions下创建用户的Add-on功能块——Device_Block，在Device_Block块中定义它的参数(Parameters)接口，该接口要与设备属性传递数据，要严格与设备属性定义的类型一致。Device_Block块的参数接口是：EMG、REM、LOC、RST、TEST、BAK、ST_P、SP_P、STPT_P、SPPT_P、CMD、STU、TIM、ATT、O。Device_Block块的参数接口定义完成后，通过Device_Block块的逻辑(Logic)开发设备功能。

其中，Device_Block块的设备功能开发完成后，设备功能包含选煤厂设备类型判断、告警、故障记录、故障复位、运行模式转换、全自动煤流启停车、启停控制、设备间闭锁、告警电铃控制、输出信号转换及防频繁启动。Device_Block是设备功能的封装，设备功能的逻辑封装在Logix中，Logix中封装了各种选煤厂设备的功能逻辑。Device_Block封装完成后通过数组阵列完成设备功能的实例化。在实际操作中，UB[0]是设备功能封装的实例，UB是选煤厂所有设备功能封装的实例集合。

最后，在平台中连接设备属性实例和设备功能实例，形成完整的设备对象实例。Logix5000平台中的Motor模块实现设备属性实例和设备功能实例的连接。到此，选煤厂集中控制系统PLC的设计和具体实现过程结束。

总结来讲，在实际应用中，首先按照本发明实施例的设计方法对选煤厂集控系统的若干控制参数进行划分，按照该设计开发完成选煤厂的设备属性和设备功能封装，导入到控制平台中，然后通过数组阵列完成设备属性和设备功能的实例化，再导入Motor模块连接设备属性实例和设备功能实例，最后将选煤厂设备的硬件输入输出与其设备属性连接，选煤厂集控系统即可正常运行，整个处理过程非常快捷，可大大缩减集控系统的设置及后期维护时间，而且能保证控制系统高效稳定运行。

以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。