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1、第4 期 2 0 0 6 年8 月 工矿自动化 I n d u s t r ya n dM i n eA u t o m a t i o n N O 4 A u g 2 0 0 6 文章编号：1 6 7 1 2 5 1 X ( 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 6 6 0 3 W i n C C 与S 7 3 0 0P L C 在煤矿地面生产系统中的应用 雷汝海，王彦齐，韩晓东 ( 中国矿业大学信电学院，江苏徐州 2 2 1 0 0 8 ) 摘要：介绍了基于W i n C C 与S 7 3 0 0P L C 的煤矿地面生产系统硬件和软件的设计，以及上位机画面和 监控系统的实现。该地面生产系统
2、能很好地满足煤矿地面生产对控制的要求。 关键词：煤矿；地面生产系统；监控系统；W i n C C ；S 7 3 0 0 ；P L C 中图分类号：T D 6 7 9文献标识码：B 0引言 煤炭洗煤选煤系统的生产控制模式过去主要是 采用常规仪表加继电保护联锁控制，即在现场设置 电气柜、仪表柜及操作台，通过复杂的电气连线实现 单机控制和顺序启停。该模式的缺点非常明显，例 如硬件数量多和投资大、安装与维护不便、生产效率 低。 近年来，随着计算机技术水平的发展，大多数煤 矿采用过程控制方案，即工控机+ 可编程控制器+ 动力驱动单元，工控机采用组态软件的监控软件。 该方案在煤矿洗煤乃至整个过程控制领域中
3、得到了 广泛的应用。 本文介绍一种以W i n C C 和S 7 3 0 0P I 。C 结合 构建的煤矿地面生产系统，分析研究了该系统的硬 件组态和编程方法。 1 系统介绍 系统流程图如图1 所示，原煤从井下提升人原 煤仓，通过给煤机的控制，原煤从仓口流下，输送到 收稿日期：2 0 0 6 0 4 2 5 上仓胶带；上仓胶带由电动机控制输送原煤到振动 筛，振动筛将原煤振动分离，体积大的矸石和块煤从 筛面走出，进人手选胶带；人工拣出矸石，使矸石从 矸石胶带上进入到专门的矸石仓，块煤则转载人块 煤仓。振动筛筛下的体积较小的、质量较高的煤则 通过2 个刮板机输送到精煤仓。 图1地面生严系统流程图
4、系统硬件配置：上位机为I B M 计算机，下位机 为西门子S 7 3 0 0P I 。C ，动力驱动单元是各个设备 的动力驱动器，系统组成结构图如图2 所示。 上位机可以监视受控设备的运行工况，可以向 下位机发出各种指令。它提供了一个普通工作人员 能接受的直观的操作平台。下位机负责从现场采集 L6J A b d e l n o u rGM D e s i g no fF u z z yC o n t r o l l e rU s i n g L9JY m gH A nA n a l y t i c a lS t u d yonS t r u c t u r e ，S t a b i l i t
5、 y I n p u ta n dO u p u tM a p p i n gF a c t o r s J I E E ET r a n s a n dD e s i g no fG e n e r a lN o n l i n e a rT a k a g i s u g e n oF u z z y S y s t M a n C y b e r n ，1 9 9 1 ，2 1 ( 5 ) ：9 5 2 9 6 0 C o n t r 0 1S y s t e m s J A u t o m a t i c a ，1 9 9 8 ，3 4 ( 1 2 ) 7 B y u n g k o
6、o kY o 。A d 8 p t i v eF “2 2 Ys l i d i n gM o d 8 E 1 0 3李人厚智能控制理论和方法 M 西安：西安电子科 c 。n 。lo fN 。n l i n 8 8 。s y s t e m E J l I E E ET 7 8 n 8 F “2 2 y 技大学出版社，1 9 9 9 8 ；得健综采工作；自动化的现状及我国2 1 世纪发 1 1 马莉智能控制与L 0 n 网络开发技术 M 北京：清 N N N J 煤矿自动化，2 0 0 0 ( 3 ) ：1 7 2 0 华大学出版社，2 0 0 3 万方数据 2 0 0 6 年第4 期雷汝海等
7、：W i n C C 与S 7 3 0 0P L C 在煤矿地面生产系统中的应用 6 7 信号并接收上位机发出的指令，和上位机一起协调 管理地面生产系统的运行。动力驱动单元部分由下 位机直接控制。 I 上位机l l W i n C C l 0 电源 C P U1 0 模块 一0 一 南南l 胶带l蚓南胶带ll 胶带l 一一 图2 系统组成结构图 2 集控系统硬件设置 2 1 选型及配置 系统采用I B M 计算机和S 7 3 0 0P I 。C 组成上 下两级控制系统，通过西门子的5 6 1 1 通信卡实现上 位机和P L C 之间的数据通信。P L C 的中央处理单 元选用C P U 3 1
8、 4 ，电源模块选用P S 3 0 71 0 A 。根据 技术要求选用3 个数字量输入模块S M 3 2 1D 1 1 6 D C2 4V ，2 个数字量输出模块S M 3 2 2D 0 1 6 2 4V 0 5A 。 2 2 控制系统要求 系统设置4 种控制方式：集中自动控制、集中手 动控制、就地控制和检修控制。 集中自动控制方式由集控室发出流程启、停车 命令，现场相关设备按预定流程顺序启停，开车流程 图如图3 所示。 图3 系统集中自动控制开车流程图 集中手动控制是在集控室对单台设备按预定闭 锁关系分别控制其启停。 就地控制是在就地对各个设备进行无或有闭锁 启停，控制命令不通过P I 。C
9、 而直接启停设备。 检修控制时，集中自动控制无效，而集中手动控 制可对每台设备进行无闭锁控制。 按照工艺流程要求，启动设备时采用逆煤流启 动设备，停车是采用顺煤流停车。另外须注意：启停过 程中，每台设备在触发命令前应该附加5 0 0 10 0 0r 1 1 S 的延时以保证启动命令的可靠。停车需要有一定的 长延时时间，保证胶带上的煤块都流到煤仓中。 2 3 控制系统组态 根据控制要求和工艺流程，在S 7 3 0 0 的专门 编程软件S T E P 7 中采用了结构化编程风格，将整个 控制系统按照功能分为1 3 个相对独立的部分，分别 通过1 3 个功能块( F u n c t i o nB l
10、 o c k ) 来实现。这1 3 个 功能块各自独立，自成体系，它们又通过一个系统组 织块( O r g a n i z a t i o nB l o c k ) O B l 将全部的功能块和 1 个存储数据的数据块( D a t aB l o c k ) 结合成一个整 体，充分地、有效地、安全地完成流程。 结构化的编程增加了程序的灵活性和可移植 性，有利于控制系统的调试和维护，可以在系统的控 制规模发生变化时，在相应模块中增加或减去相应 的功能，不需要对整个程序进行大规模的修改。大 大提高了系统的可扩展性和可维护性。 设备有就地控制和远程控制( 集控) 两种控制方 式。设备启动电动机处设置
11、就地箱，设有就地禁 启集控3 选按钮、开车按钮、停车按钮、打点按钮。 集控3 选按钮向P I 。C 返回控制状态信息；开车停车 按钮直接连接控制回路，控制设备启停；打点按钮打 铃。P I 。C 根据现场各点的就地禁启集控3 选按 钮所返回的数据确定流程是否准备好。 P L C 输入模块将接收到的就地箱上的控制状 态信息存储人内存单元M W l 0 0 ，设备运行状态信 息存储入M W l 0 2 ，操作台按钮输入信息存储入 M W l 0 4 。 当启动模块检测到所有启动流程中的设备都处 于集控状态时才置位M 6 0 7 ( 标示自动状态) 。设 备启动条件完成后，将置位相应设备在数据块D B
12、 中的字或位( D B W l ) 。 在自动启动模块中，按照逆煤流的顺序启动，以 防止在启动过程中发生堆煤现象，产生不必要的事 故。首先启动的是位于最下游的矸石胶带和刮板 机，然后才是手选胶带、振动筛、上仓胶带、给煤机。 自动启动的部分程序如图4 所示( I 。A D 梯形图) 。 图4 中，当设备处于自动状态，并且1 0 1 上仓胶 带已经返回了启动信息时，启动定时器延时0 5S 给出一个上升的脉冲，检查给煤机的控制状态信息， 如果是集控，就置位给煤机的启动位D B X O 4 。当 最后要启动的给煤机也启动后，复位自动开车。 万方数据 6 8 工矿自动化2 0 0 6 年8 月 停车模块
13、与启动模块类似，同样以自动状态为 条件，也要把具有闭锁关系的设备预先停下。最终 将置位相应设备在数据块中的停止位或字( D B W 2 ) 。 在手动模块中，双击上位机鼠标交替置位相应 设备的启动位和停止位。 在开停模块中，利用数据传输模块将数据块 D B 中的数据送到输出端口Q W 0 中去，控制继电器 的闭合，达到启动设备的目的。 T 4 l 1 3 “J K l 0 3 ”D B X l 0 卜一卜一S H 图4自动启动部分程序 3 组态软件编程 工控组态软件W i n C C 是西门子公司在过程自 动化领域中的先进技术和微软公司软件功能结合的 产物，是一个集成的人机界面和监控管理系统。
14、 W i n C C 包含所有工控组态软件功能在内的客 户机服务器系统，能够生成复杂可视化任务的组件 和函数。W i n C C 采用标准M SS Q I 。S e r v e r 数据库 进行生产数据的归档，同时具有W e b 浏览器功能， 可以让管理人员在办公室看到现场设备动态的运行 画面，从而更好地调度指挥生产。 3 1 系统中W i n C C 与P I 。C 之间的通信 在西门子的通信协议中有个M P I 网络，特别适 合小型化、少点数的控制系统使用，而且M P I 接口 是C P U 的自带接口，因此M P l 网络的使用可谓经 济实惠。 建立W i n C C 与S 7 3 0
15、0P I 。C 的通信连接：首 先，在P I 。C 硬件配置中一定要在C P U 中设置一个 网络中唯一的M P I 地址。然后，在W i n C C 中为系 统建立一个工程文件“j i n y ”，在变量管理软件中建 立一个S 7 驱动程序( S I M A T I CS 7P R O T O C O I 。 S U I T E C H N ) ，并在“M P I ”协议下面建立一个P I 。C 连接( 设置M P I 地址和P L C 硬件配置中C P U 的 M P I 地址相同) 。接下来，在建立的S 7 3 0 0P L C 连接下面新建变量接收P L C 发送的现场数据，变量 的标
16、签名、数据类型和地址，需要和P L C 中变量保 持对应关系。 3 2 监控画面编辑 W i n C C 的图形编辑功能可以帮助建立良好的 监控画面，达到远程控制的目的。 在项目“j i n y ”的图形编辑器中新建监控画面， 利用W i n C C 提供的各种画面图形和相关属性，模 拟现场驱动单元的启动和停止，根据不同的设备状 态配置不同的显示效果。显示画面根据P L C 传递 过来的数据( 变量) 进行转换，真实地反映各个设备 的状态和动作。 系统监控界面如图5 所示。在画面中当电动机 启动后，电动机变色，相应的设备图标会产生闪烁效 果。当开车流程过程中发生堆煤、跑偏情况时，该设 备会自动
17、停下，并发出闭锁报警。从该设备起流程 以下的设备同时闭锁停车。报警时图面设备图标处 出现一个红色的报警灯闪烁。 图5 系统监控界面 4 结语 该地面生产系统已投入山东某煤矿使用半年 多，系统运行稳定，与井下提煤系统配合良好，大大 降低了故障率、降低了劳动强度，提高了作业率，现 场的工作环境得到了根本的改善。 参考文献： E l i 鲁新义P I 。C 、变频器、组态软件W i n C C 在武钢烧结厂 环冷小车系统自动控制中的应用E J 3 电工技术，2 0 0 4 ( 6 ) E z 3 颜文俊基于P I 。C 与W i n C C 的电站远程自动监控系 统设计E J 3 机电工程，2 0
18、0 5 ( 5 ) E 3 3肖伟W i n C C 与S 7 3 0 0P I 。C 在开关电器试验中的 应用E J 电机电器技术，2 0 0 3 ( 5 ) 万方数据 WinCC与S7-300 PLC在煤矿地面生产系统中的应用WinCC与S7-300 PLC在煤矿地面生产系统中的应用 作者：雷汝海， 王彦齐， 韩晓东 作者单位：中国矿业大学信电学院,江苏,徐州,221008 刊名： 工矿自动化 英文刊名：INDUSTRY AND MINE AUTOMATION 年，卷(期)：2006，(4) 引用次数：4次 参考文献(3条)参考文献(3条) 1.鲁新义.崔云.吴庆文.韦玮 PLC、变频器、
19、组态软件WINCC在武钢烧结厂环冷小车系统自动控制中的应用期刊论 文-电工技术 2004(6) 2.颜文俊.毛雪珍 基于PLC与WinCC的电站远程自动监控系统设计期刊论文-机电工程 2005(3) 3.肖伟.熊永前.杜建辉 WinCC与S7-300PLC在开关电器试验中的应用期刊论文-电机电器技术 2003(5) 相似文献(10条)相似文献(10条) 1.期刊论文 刘竞雄.LIU Jing-xiong 煤矿地面生产系统自动化技术现状及发展策略 -煤炭科学技术2007,35(10) 阐述了我国煤矿地面生产系统自动化技术发展状况,结合高新技术事业部完成的天地王坡煤矿地面生产系统自动化示范工程,介
20、绍煤矿地面生产系统 中提升机、带式输送机、选煤厂、装车站等主要系统设备的自动化技术应用情况,分析自动化技术在煤矿地面生产系统应用中存在的主要问题,提出煤矿 地面生产系统自动化发展策略. 2.期刊论文 肖玉珍.白宵.董万江.梁燕雯 浅析华砚煤矿地面生产系统改扩建优化设计 -煤炭工程2006(7) 在华砚煤矿改扩建工程设计规模10.0Mt/a的前提下,文章针对砚北煤矿和华亭煤矿地面生产系统的现状,分别对砚北煤矿和华亭煤矿地面生产系统的 改造进行多方案的比选,在充分利用既有设施,避免影响生产的前提下,提出了切合实际的改造方案,并得到了实践的检验. 3.期刊论文 张引.ZHANG Yin 长城煤矿地面
21、生产系统原煤胶带机的设计方案探讨 -煤炭工程2007(12) 胶带输送机广泛应用于煤矿的地面生产系统,根据长城煤矿比较复杂的地形条件和矿井现状,对于此种运输设备进行了科学选型,设计出了适合该矿的 原煤胶带输送机运输系统,使其能最大限度地发挥其效能,节约了资金. 4.会议论文 武健康.颜廷和 桑树坪煤矿地面生产PLC集中控制系统的开发研制 1996 5.期刊论文 杨刚军.YANG Gang-jun 浅谈石圪节煤矿地面生产系统的改造 -科技情报开发与经济2006,16(18) 介绍了石圪节煤矿地面生产系统的改造方案,根据对煤质资料的分析以及厂型、厂址和工作制度的要求,确定了相应的排矸工艺. 6.期
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23、面供电电压等级由 380V提高到660V电压技术问题进行探讨. 9.期刊论文 修红.李宪民.XIU Hong.LI Xian-min 浅谈液力偶合器在地面生产系统中的应用 -露天采矿技术 2006(z1) 对霍林河露天煤矿地面胶带机运输设备中,常用的总成件液力偶合器的选型、故障处理情况的分析,并提出了应对措施. 10.期刊论文 石海明.李锋 梁家煤矿地面生产系统改造 -山东煤炭科技2005(1) 该文简要介绍了梁家煤矿地面生产系统现状及存在的问题,并详细阐述了其改造方案及改造后的实际效果. 引证文献(4条)引证文献(4条) 1.王彦齐.李忠飞 通用(GE)PLC在煤矿运输过程中的应用期刊论文-煤矿机械 2009(4) 2.张静.何青.付成宏.袁卓异 钢铁厂备煤自动控制系统的设计与实现期刊论文-微计算机信息 2008(28) 3.黄元峰.邓彪 S7-300PLC和WinCC在出铁场除尘系统中的应用期刊论文-工业控制计算机 2008(05) 4.刘红艳.覃亮举 S7-300PLC在糖厂蒸发自动控制系统中的应用期刊论文-自动化技术与应用 2008(01) 本文链接：http:/ 下载时间：2009年12月29日