安太堡露天煤矿选煤厂自动控制系统.pdf

．4 4 ． 露天采矿技术 2 0 0 8 - g5 期E 夏固 安太堡露天煤矿选煤厂自动控制系统 闫俊 山西安太堡露天煤矿选煤厂，山西朔州0 3 6 0 0 6 摘要在工业生产的自动化控制领域，无论国内还是国外的生产线，大多采用了新型控制设备一P L c 可编程控制器 。可编程逻辑控制器以其高可靠性和独特的优点，在自动化控制领域已经成为发展趋势。文 中介绍了安太堡露天煤矿选煤厂自动控制系统的具体应用。 关键词选煤厂；可编程逻辑控制器；自动化控制；总线分布式；控制系统 中图分类号T D9 4文献标识码B文章编号1 6 7 1 9 8 1 6 2 0 0 8 0 5 0 0 4 4 0 4 1前言 安太堡露天煤矿选煤厂由集控室对全厂设备进 行监控。集控室可以实现全厂设备连锁顺起顺停、事 故闭锁、设备状态显示、生产过程控制、现场电视监 控、人员调度管理等功能，是选煤厂的神经中枢。整 个选煤厂自动化控制系统按照控制结构可分为3 个 层次过程控制网络、生产监控网络、信息管理网。若 按选煤厂地域分布可分为5 部分主厂房系统 G E P A C S y s t e m sR X 7 i 系列 、装车和坑上新旁路煤系统 G EP L C 9 0 7 0 、压滤系统 G EP L C 9 0 3 0 、坑上2 号站原煤和选矸系统 G EP L C 9 0 7 0 ，以及坑下原 煤破碎站运输系统 G EP L C 9 0 3 0 。 2 安太堡选煤厂自动化控制系统简介 的G e n i u s 工业网络。G e n i u sI ／O 模块与现场控制设 备连接构成的工业网络系统中，现场各种指令、保护 信号、运行信号和过程数据通过G e n i u s 网络采集传 输到计算机室内P L C 的总线控制器 G B C 。生产监 控级网络经过P L C 内部用户逻辑程序运行处理，将 数据汇总集中管理操作，如i F I X 服务器，报表打印 机，报警显示等。信息层网络可按照需要与更高性能 的计算机设备通过以太网络连接来实现更高级的集 中管理显示功能，如计划调度、仓储管理、生产汇报 等。这种现场总线分布式控制系统大大减少了员工 编制，提高了选煤的生产效益。 图1 为G E 现场总线分布式控制网络 安太堡选煤厂生产自动化控制系统是一种现场 总线分布式控制系统D C S D i s t r i b u t e dC o n t m lS y s 一 ‘t e r n ，习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制 网络、过程监控网络及信息管理网组成的以通信网 络为纽带的多级计算机系统。综合了计算机 C o m p u t e r 、通讯 C o m m u n i c a t i o n 、显示 C R T 和控制 C o n t m l 的4 C 技术。其基本思想是分散控制、集中 操作、分级管理、配置灵活、组态方便。D C S 的构成方 式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、 工作站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成， 也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程逻 图1G E 分布式控制网络示意图 辑控制器构成。 3G E 可编程控制器 处于底层的过程控制级网络采用G EF A N U C 收稿日期菊丽二面1 4 作者简介闫俊 1 9 8 1 一 ，男，山西朔州人，大学本科 学历，助理工程师，2 0 0 4 毕业于太原科技大学。现任安太堡 区选煤厂电气工长。 安太堡露天煤矿选煤厂控制系统的核心设备采 用美国通用电气 G E 先进的可编程逻辑控制器。 这种控制器的结构及工作原理如图2 可编程控制器 P r o g r a m m a b l eC o n t r o l l e r 是计算 E 重团 露天采矿技术 2 0 0 8 -5 期 4 5 I 打印机t -．r 乩 各种存储器 l 工作站卜_ 控制器模块 ●以太网模块 l 上位机卜 电源模块 图2 控制器结构及原理 机家族中的一员，是专门为工业控制领域而设计制 造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r ，简称P L C o 它主要 用来代替旧的继电器接触器控制系统，实现可编程 逻辑控制。随着电子技术的发展，这种装置的功能已 经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置 称作可编程控制器，简称P C 。但是为了避免与个人 计算机 P e r s o n a lC o m p u t e r 的简称混淆，所以将可编 程控制器简称P L c 。 ．． 在传统的继电器接触器控制系统中，要完成一 项控制任务，支配控制系统工作的“程序”是由导线 将电气元件硬连接起来实现的，控制过程的变更必 须改变其中的器件和接线来实现，这样很费时费力， 非常影响工作效率。但P L C 可以在各种工业环境下 直接运行，使用时只需将现场的各种设备与P L C 相 应的I ／O 模块相连接即可投入运行。各种P L C 模块 上均有运行和故障指示，便于用户了解运行情况和 查找故障。由于采用模块板件化结构，因此一旦某模 块板件发生故障，用户可以通过更换模块板件的方 法使系统迅速恢复运行。 P L C 框架有很多插槽，除电源模块外，可以插以 太网模块，总线控制器 G B C ，框架通讯模块 C c M ，模拟量输入／输出模块 A N A L O GI ／O M O D U L E ，接收模块 R E c E ⅣE RM O D U L E 等。可以 根据现场控制设备工艺生产线的需求随时加减相应 模块，再把用户的程序修改下传即可。例如通过模拟 量模块实现选煤厂的介质比重控制、桶位控制、给料 机给料量大小控制等。 输人输出装置可以是现场启动／停止按钮，限位 开关，压力变送器，速度传感器等各种电器元器件。 输出装置可以是电机启动器的线圈，继电器，电磁 阀，指示灯，执行机构等各种电器元器件。把这些现 场生产设备的输入／输出装置分别连接到输入／输出 模块，这样控制系统的硬件部分与现场电气设备连 接就完成了。 上位机，打印机等显示控制设备通过以太网模 块与P L C 设备相连接，可以方便及时在集控室计算 机屏幕上显示出现场设备的运行状况，设备在运转 过程中，无论哪台设备发生什么样的故障，将报警立 即显示在计算机屏幕上，操作员根据生产要求做出 相应的操作控制，并及时报告调度通知机电维修人 员查找故障原因。工作站是用来编写、修改用户控制 程序的工业计算机，也可以用来显示程序的运行结 果。现在我们使用C I M P L I C I T YM E 软件编写、修改 用户控制程序，编好的程序下载到P L C 的存储器模 块，在让P L C 处于R U N 状态，程序即可按规定的逻 辑关系运行。当控制系统的输入／输出状态、模拟信 号状态发生改变时，程序中的逻辑自动做出相应动 作，如起停某台设备，并将这些变化显示在上位机等 显示设备，或产生报警信息。 4 选煤生产系统控制操作特点 选煤生产系统操作可分为4 种模式一为就地 旁路模式，将连锁，旁路旋钮旋到旁路，集中，就地旋 到就地，这样设备在现场按钮箱启停，设备间没有连 锁关系；二为就地连锁模式，将连锁，旁路旋钮旋到 连锁，集中就地旋钮旋到就地，这样设备在现场按钮 箱起停，设备间有连锁关系，起停需按连锁关系进 行；三为集中旁路模式，将连锁／旁路旋钮旋到旁路， 集中就地旋到集中，这样设备在集控室单台起停，设 备间没有连锁关系；四为集中连锁模式，将连锁／旁 路旋钮旋到连锁，集中／就地旋到集中，这样设备在 集控室单台或顺序起停，设备间有连锁关系，起停需 按连锁关系进行。 选煤生产系统是一种过程控制与顺序控制相结 合的控制方式，如P I D 控制，设备起停控制等。设备 起停顺序为按逆煤流起车，按顺煤流停车。起车过 程中操作员可根据现场的实际情况随时按下禁启按 钮，终止起车过程。在起车过程中，如遇某台设备故 障，则该设备和受其闭锁的设备无法起车，不受闭锁 的设备仍可按程序起停车。当现场设备出现允许范 围内的异常现象时，控制系统只发出报警信号 如过 电流、一级跑偏等 。但当超过设备和人身安全条件 时，可以直接自动停车，与该设备有闭锁关系的其他 设备，则按一定延时无负荷停车。而很重要的一点， 选煤生产具有紧急停车功能。当发生特大紧急事故 时，只需按动紧急停车按钮，全厂设备便立即带负荷 停车，最大限度的减少损失。 重介选煤作为一种高效率的选煤工艺，它使用 密度介于精煤与矸石之间的液体 悬浮液 作为分选 介质。目前最常用的是以磁铁粉为加重质的重介悬 4 6 露天采矿技术 2 0 0 8J r - g5 期 ．E 耍圈 浮液选煤。 选煤使用单环闭环自动控制系统，根据环境变 化智能调节反馈控制系统过程参数 如密度、液位 ， 以使系统能按照一些设定的工艺标准工作在最优状 态。P I D 比例一积分微分 控制器简单易懂，使用 中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用 最为广泛的工业控制器。控制原理是利用可编程控 制器内部P I D 功能块分析密度计、和液位计等现场 检测设备的输入信号 4 2 0m A ，将检测到的过程 变量与设定值进行比较，通过模拟量输出模块输出 4 2 0 m A 信号来驱动加水调节阀、分流阀、电动角 执行机构，从而达到自动控制系统压力、密度、液位 的目的。P I D 控制器的原理见图3 。 加水 液位 加介 比重仪 分流阀 或早料阀 图3P I D 原理图 P I D 调节器的理想公式为 O P K p E R 百1fE R c l t 乃掣 j j ‘ U L D P O U TP I 朋 ．P I D 的输出量，S P S E TP O I N T 设定值P y P R O c E s sV A L U E 一过程变量 E R S P P V 偏差值岛、乃、卜比例、积分、 微分系数 P I D 控制器的参数整定是控制系统设计的核心 内容。它是根据被控过程的特性确定P I D 控制器的 比例系数、积分时间和微分时间的大小。选煤厂使用 工程整定方法，主要依赖工程经验，直接在控制系统 的试验中进行。 5 工业控制总线一G e n i u s 网络‘ 选煤厂工业网络使用的是G EF A N U C 公司的 G e n i u s 网络，是G EF A N U C 于1 9 8 5 年应用到工业 控制领域的一种工业现场总线。G e n i u s 网络协议是 G EF A N U C 专有的令牌通讯协议，它的特性之一是 可完成实时决策控制。G e n i u s 网络是一种点对点对 等令牌网络，不会发生数据碰撞，利用智能化模块能 够检测并自动反馈故障。如输入故障 线路断开 ，输 出故障 无负载，短路，开关量模块过载，模拟模块的 高、低信号报警 及本身故障 开关损坏，过热 ，采用 缺省的I ／O 设定来排除故障，从控制器或手持控制 图4P L c 内部P I D 控制功能模块 器对故障进行确认。由于G e n i u sI ／O 能够提供综合 信息并指明了硬件故障的位置，G e n i u sI ／O 诊断功 能可显著提高系统故障检测能力，快速地检测出故 障，识别故障类型及其在总线中的位置，并在故障表 中发回一个带有故障发生时间的信息，减少P L C 或 计算机的支持程序，减少系统建立、调试和维修的时 间。通过简单控制连线，G e n i u s 网络可以构成分布式 输g J 输出系统。G e n i u s 网络一条总线上最多可以带 3 1 个站点，如G e n i u sI ／O 模块，手持监控器 H H M 及其他接口模块。如果需要更多的站点可以增加总 线控制器 G B C ，该网络有很高的网络吞吐率。总线 控制器和连接在总线上的每一个模块都有唯一的编 号，即模块号 D e v i c eN u m b e r 。通常，手持监控器的 编号为0 ，总线控制器的编号为3 l ，模块的编号为 1 3 0 。手持监控器可插入总线控制器或模块的插孔 内使用。一个总线上所有的模块必须采用统一波特 率，同一系统的其他总线可以采用不同的波特率。 G B C 所能连接模块的数量以及最大通讯距离与总 线采用的波特率的关系如表1 表l连接模块及通讯距离与波特率的关系 G e n i u sI ／O 模块由电子装置 E l e c t r o n i C S A s s e m b l y 和底板 T e r m i n a lA s s e m b l y 2 部分组成。电 子装置包括电子开关线路等。底板内有存储器、外部 接线等，用来存放模块编号，各点地址，以及与外部 输～输出设备连接等。 G e n i u s 网络特性 1 G e n i u s 网络采用频移键控调制技术 F S K ， 下转第4 9 页 E 匹蒌王盈 露天采矿技术2 0 0 8 年g5 期 4 9 表l 实验结果的比较 不管是在识别效率和所耗费的时间上L B P 算法实 验结果明显要比以往的算法识别结果好。在煤炭运 量控制系统的实际应用过程中，运用L B P 算法识别 煤与煤矸石可以得到很好的应用。 6 总结 本文主要介绍了基于数字图像处理技术的煤与 煤矸石识别的方法，分析了煤与煤矸石识别的可行性。 重点阐述了煤与煤矸石识别的L B P 方法，及通过 M A T L A B 语言编程实现了算法。比较了以往的算法和 上接第4 6 页 ；． 频率范围从0 到4 6 0 ．8 K I - I Z ，有效地防止工业现场的 各种干扰。数字信号的传输分为基带传输和频带传 输，频移键控是数字信号的频带传输，以二元数字序 列控制载波频率的变化，利用各与载频f 相差△f 的 2 个频率的正弦振荡，分别表示传号与空号。在通信 领域里由于较好的信噪比应用很广泛。它的波形如 图5 “。，厂]厂] 。 图5C e n i u s 网络传输波形 2 G E N I U S 通讯协议是一种点对点的“令牌总 线”系统，每个智能模块都可以发送和接收信息，虚 拟“令牌” T O l E N 从∥模块到3 1 ’模块顺序循环 传送。总线上所有设备接收广播信息，当模块接收到 “令牌”时它便可以发送信息，此时模块如果有故障， 它会发送诊断信息。总线控制器 G B C 存储总线设 备信息和C P U 指令，当接收到“令牌”时它便可以发 送指令完成操作。工作示意如图6 。 结合选煤厂实际情况，扫描周期约为1 6m s ，可 以快速执行P L C 各项指令，如果扫描时间过长，如 1 0 0m s ，则可判断总线有故障。 6 工业以太网及信息网络 L B P 算法的识别结果，得出了L B P 算法的优越性。 参考文献 [ 1 ] 徐先传，张琦．基于L B P 算子的医学图像检索方法[ J ] ． P C L 技术应用2 0 0 例，文章编号1 0 0 8 一0 5 7 0 2 0 0 7 0 4 3 一0 2 8 1 0 2 [ 2 ] 汪凯斌，俞卞章，李会方，等．基于L B P 驱动的区域围道 纹理分割模型[ J ] ．西北工业大学学报，2 0 0 7 ，2 5 5 ． [ 3 ] 孙宁，冀贞海，邹采荣，等．基于局部二元模式算子的人 脸性别分类方法[ J ] ，华中科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ，3 5 增1 ． [ 4 ] 马宪民，蒋勇．煤矸石二值图像的R o b e r t s 快速边缘检 测法[ J ] ．仪器仪表学报，2 0 0 5 ，2 6 8 ． [ 5 ] M o n aS h a r m a ，M a r k o sM a r k o u ，S a m e e rS i n g h ．E v a l u a t i o n o fT e x t u r eM e t h o d sf o rI m a g eA n a l y s N J ] ，P A N NR e s e a r c h D e p a r t m e n t o fC o m p u t e rS c i e n c e ，U n i v e r s i t yo fE x e t e r ， E x e t e rE X 44 P T 。U K ． 图6 总线控制器工作示意图 快速以太网 F a s tE t h e r n e t 是近几年广泛应用 于工业领域的高速网络，是E t h e m e t 的继承和发展， 通信标准是I E E E8 0 2 ．3 标准，最高数率可达1 0 0M ， 其抗干扰性和实时性都适合选煤厂的使用。以太网 交换机具有数据存储转发的功能，使各端口之间数 据帧能够得到缓冲，减少了C S M A ／C D 碰撞，而且全 双工通讯使端口间两队双绞线 或两根光纤 上分别 接受和发送报文帧，也不会发生数据冲突，使F a s t E t h e r n e t 确定性和实时性都能满足选煤厂使用。选 煤厂的网络拓扑结构为星型结构，网络类型为c 类 网络 较小型网络 。选煤厂工作站与办公室的远程 计算机通过服务器相连，实现了办公的科学化、现代 化、快速化和效益化，方便领导查看现场生产情况， 做出合理工作安排。 参考文献 [ 1 ] G EF a n u cA u t o m a t i o nG e n i u sI ／OS y s t e ma n dC o m m u n i - c a t i o nU s e r ’sM a n u a l ． [ 2 ] G EP L C 编程手册[ M ] ． [ 3 ] 完全精通局域网[ M ] ．电子爱好者杂志社． [ 4 ] 周明德．微型计算机系统原理及应用[ M ] ．清华大学出版社． 安太堡露天煤矿选煤厂自动控制系统安太堡露天煤矿选煤厂自动控制系统 作者闫俊， YAN Jun 作者单位山西安太堡露天煤矿选煤厂,山西,朔州,036006 刊名 露天采矿技术 英文刊名OPENCAST MINING TECHNOLOGY 年，卷期2008，““5 引用次数0次 参考文献4条参考文献4条 1.GE Fanuc Automation Genius I/O System and Communication Users Manual 2.GE PLC编程手册 3.完全精通局域网 4.周明德 微型计算机系统原理及应用 相似文献2条相似文献2条 1.会议论文 耿乙文.伍小杰.王淑芳.杨根狮 选煤厂集控系统改造 本文陈述了当前选煤厂集控系统改造的必要性和可行性.以潞安矿务局选煤厂的实际改造方案为例,对生产工艺过程进行了详细的分析,然后根据要求 进行软硬件配置,并总结了系统改造后性能的改善.该控制系统改造的特点是尽量利用原有的设施,降低改造成本和改造工期.生产实践证明该集中控制系 统能成功地完成系统安全生产的要求并能保证操作人员对现场的监控. 2.期刊论文 耿乙文.伍小杰.王淑芳.杨根狮 选煤厂集控系统改造 -工矿自动化2005,““z1 本文陈述了当前选煤厂集控系统改造的必要性和可行性.以潞安矿务局选煤厂的实际改造方案为例,对生产工艺过程进行了详细的分析,然后根据要求 进行软硬件配置,并总结了系统改造后性能的改善.该控制系统改造的特点是尽量利用原有的设施,降低改造成本和改造工期.生产实践证明该集中控制系 统能成功地完成系统安全生产的要求并能保证操作人员对现场的监控. 本文链接 下载时间2010年6月3日