1?引言

永煤集團股份有限公司順和選煤廠是永煤公司本部第五對礦井配套建設選煤廠，于2014年5月竣工投產，設計處理能力為100萬噸/年，采用工藝為跳汰—浮選聯合工藝流程。順和選煤廠自建廠初期就確立了提高控制系統裝備水平，降低人工成本，提高企業競爭力的建設目標[1]。通過不斷的探索實踐，自我改革，逐步建設成為一個自動化程度高，精簡高效的現代化選煤廠。

2?快開壓濾機集中控制系統設計背景

快開壓濾機是一種間歇性操作的加壓過濾設備[2-3]，適用于各種懸浮液的固液分離，適用范圍廣、分離效果良好、結構簡單、操作方便、安全可靠，廣泛應用于國內選煤廠浮選精煤和煤泥的壓濾脫水環節。該設備單機自動化程度高，其控制是通過現場控制柜實現，根據應用情況可自動運行也可手動操作，其缺點是運行過程中吹風和壓榨環節噪音較大，嚴重影響崗位司機職業健康。順和選煤廠浮選精煤采用三臺快開壓濾機脫水，工藝布置在浮選機一側，設置壓濾司機一名。為優化崗位司機工作環境，保護職工職業健康，順和選煤廠在壓濾機工作崗位建設了隔音室，并安裝了空調，但是由于快開壓濾機需根據入料和脫水情況調整操作，崗位司機需經常在壓濾機現場，導致崗位司機不可避免在隔音室外工作。為此，順和選煤廠吸收加壓過濾機室內操作控制的特點，并對控制程序進行了優化改造，設計應用了快開壓濾機遠程集中控制系統。

3?快開壓濾機控制原理

順和選煤廠選用KMZG250/1600快開壓濾機進行浮精脫水，該壓濾機單機自動化程度高，采用機、電、液一體化設計制造，能夠實現濾板壓緊、過濾、壓榨、反吹、洗滌、濾板松開、卸料等各道工序的自動化控制[4-5]。快開壓濾機的電氣控制部分是整個系統的控制中心，它主要由變頻器、PLC(可編程控制器)、熱繼電器、空氣開關、斷路器、中間繼電器、接觸器、按鈕及指示燈等組成[6]。快開壓濾機的控制系統程序儲存在控制柜PLC中，各工作過程主要由PLC控制完成，其工作時按照設定程序采集PLC內計時器、計數器、中間繼電器和PLC外部的限位開關、壓力繼電器、電接點壓力表、控制按鈕等信號，通過信號的輸入輸出，執行各工作指令，完成工作過程的轉換。控制柜上安裝有觸摸屏，觸摸屏操作程序含多個控制界面，包括過程控制畫面、工藝參數設置、報警參數設置、報警提示畫面、系統狀態畫面等。崗位司機通過現場觸摸屏控制過程，對壓濾機進行參數設置，完成壓緊、入料、吹風、壓榨、卸料等工作過程。

4?快開壓濾機集中控制系統設計過程

快開壓濾機集中控制系統主要設計思路是將原現場控制系統程序“搬家”到上位機，將其控制操作由控制柜觸摸屏操作改變為上位機操作，并在此過程中對控制程序進行優化，增加精礦池液位監測、物料運輸系統控制等功能，實現壓濾機操作的集中控制和遠程控制。

4.1?PLC集中控制通訊連接

為實現上位機集中控制或遠程控制，必須建立通訊連接。在壓濾機的控制柜PLC上安裝通訊模塊，并制作通訊模塊向導程序，通過以太網建立了上位機與PLC的通訊連接，完成集中控制設計的第一步工作。

4.2?PLC控制程序地址梳理

快開壓濾機控制系統以可編程控制器PLC為核心，通過輸入輸出模塊控制執行機構完成各工作過程。壓濾機的就地操作依靠控制柜觸摸屏操作程序控制PLC程序執行指令。為了將控制由現場觸摸屏控制改為上位機集控或遠控，需要建立集中與就地控制程序的連接，在此過程中，需要解析觸摸屏控制程序與PLC控制程序對應的地址。采用的工作方法是在控制柜觸摸屏上操作壓濾機，逐個試驗判斷觸摸屏操作程序對應的所有PLC程序地址，然后對地址進行梳理，實現程序指令和PLC地址的一一對應。

4.3?集中控制系統操作界面的設計制作

快開壓濾機控制系統的核心使用的是西門子S7-200系列PLC[7]，在集中控制系統操作界面設計上使用西門子SIMATICWinCC組態軟件設計。S7-200PLC與WinCC通過KEPServer4.0服務器建立連接。KepServer是一款OPC服務器軟件，實現了OPC標準接口，可以通過KepServer和設備進行通訊，而應用程序通過OPC協議連接KepServer。第一步將壓濾機原PLC控制程序下載后上傳到PC機，利用Step7-Micro/WIN新增PLC以太網通訊程序，并為OPC準備好符號表。第二步在KEP-Server4.0服務器中建立壓濾機對應PLC站的通訊連接，添加變量條目。第三步打開WinCC組態軟件，添加OPC驅動，定義OPC的屬性，并通過向導找到KEPServer4.0服務器，添加所需的變量條目到WinCC中。第四步引用變量，使用WinCC組態軟件設計制作集中控制系統的操作界面。為便于壓濾機的操作，避免界面切換的延遲，在設計時制作一個總流程界面，將三臺壓濾機的操作與狀態顯示集中在一個操作界面中，在總流程界面即可完成壓濾機的各操作流程。此外，每臺壓濾機單獨設置一個界面，將壓濾機的操作流程、參數設置、狀態顯示、報警提示等設計到一個界面中，實現壓濾機所有工作的操作、調整和觀察。在壓濾機集控操作系統的上端設置了各操作界面的切換鍵，通過鼠標點擊即可完成各界面的切換，便于崗位司機進行操作。快開壓濾機集控系統操作界面參見圖1所示。

4.4?集中控制系統優化

順和選煤廠物料運輸系統和精礦池液位監測系統使用的是羅克韋爾1756系列PLC。為實現壓濾機集中控制系統的優化，需將物料運輸系統設備控制和精礦池液位監測顯示增加到壓濾機操作系統中。在優化設計過程中，因順和選煤廠原PLC控制系統和壓濾機上位機組態軟件分屬羅克韋爾和西門子兩個不同品牌的產品，為了使二者建立異構通訊連接，本次設計借助了第三方OPC軟件KEPServer。首先利用KEPServer服務器建立與羅克韋爾1756系列PLC的以太網通訊，然后查找所需設備如刮板機、皮帶運輸機和液位計等在羅克韋爾1756系列PLC中的標簽，根據標簽在KEPServer中建立對應設備的條目，并將KEPServer服務器建立好的設備條目添加到WinCC中。最后利用WinCC組態軟件將運輸轉載系統控制和精礦池液位顯示設計到壓濾機集控系統中，完成集控操作系統的優化。

4.5?控制系統權限設置

快開壓濾機集控系統可控制壓濾機各工作過程以及多臺物料運輸轉載設備的啟停。為了保證壓濾機各工作過程穩定有序，各臺設備運行安全，其控制必須實現單一性，即現場就地控制和上位機集中控制的獨立性。因此，在集控系統程序中對系統權限進行了設置。在快開壓濾機現場控制柜上安裝集控/就地旋轉開關，在壓濾機PLC控制程序中增加集控和就地程序。當現場控制柜打到就地狀態時，設定集控系統不能操作壓濾機各工作過程和各運輸設備；當現場控制柜打到集控狀態時，現場不能進行相應操作。集控/就地旋轉開關部分PLC程序參見圖2所示。

視頻監控系統設計與運行監護

為保證快開壓濾機集中控制系統應用的安全可靠性，同時讓壓濾司機在室內觀察壓濾機入料、吹風和壓榨等環節的脫水效果，及時調整操作，順和選煤廠在每臺壓濾機的機頭安裝了高清攝像頭，將視頻信號傳輸到上位機，設計了快開壓濾機視頻監控系統。壓濾司機通過在隔音室內查看視頻監控，即可判斷壓濾機的工作效果和設備的運行狀況，完成整個壓濾系統的運行監護。

5?結束語

不斷提高裝備自動化水平，多上設備少上人，打造行業一流，一直是順和選煤廠努力的方向。通過設計應用快開壓濾機集中控制系統，優化了崗位司機工作環境，室內集控操作不僅保護了職工職業健康，而且避免了人員在生產現場操作時發生安全事故。該系統設計基于快開壓濾機原控制程序，設計過程中新增硬件設施主要為PLC通訊模塊和上位機，改造投入小，應用效果好，在快開壓濾機的應用上具有較好的推廣價值。

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作者：范強強教授

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