（中国神华神东锦界选煤厂 陕西榆林 719000）
摘要：按照选煤厂生产工艺对控制系统的要求，根据罗克韦尔ControlLogix系统及其特点，以神华神东锦界选煤厂为例，介绍了ControlLogix系统结构、系统功能，对ControlLogix系统在选煤厂中的应用进行探讨。
关键词：ControlLogix系统；选煤厂
选煤厂流程的特点从受煤到筛分、破碎、分选、脱水、产品储存、装车等,均为连续生产,环环相扣,设备集中数量多,处理量大,因而在选煤厂的控制系统最早应用了PLC。罗克韦尔自动化公司是美国最大的PLC生产商之一，其生产的PLC大量应用于自动化领域，据统计它在北美的市场占有率在70％以上，进入中国较早，在国内PLC市场仍然有很高的占有率。ControlLogix系统是罗克韦尔PLC的核心产品，是新一代的软硬件的PLC平台，不仅技术领先，而且有多种解决方案，集成简易，在能源电力、冶金、造纸、石化、汽车、采矿等各个行业中都有广泛应用。本文以 ControlLogix系统在中国神华神东锦界选煤厂应用为例，对ControlLogix系统在选煤厂中的应用进行探讨。
1、选煤厂生产工艺对控制系统的要求
选煤厂集控是对选煤系统中有联系的生产设备按照指定的程序在集中控制室内进行启动、停止或事故处理的控制。选煤厂生产的特点是设备台数多，拖动方式简单，配电室分散。因此，适宜采用分布式控制系统。
选煤厂生产连续性强，一般均为连续生产，不能单独启动某台设备进行生产，工艺过程中的任何设备的突然故障或紧急停车，都会可能造成堆煤、压设备、跑煤、跑介质、跑水等现象，造成事故进一步扩大。因此，选煤厂设备的启动、停止必须严格按照顺序进行，各设备之间必须有严格的闭锁关系。同时，系统应能方便地实现手动、自动、就地、集控方式的转换，以防在某台设备出现故障时，影响生产的正常进行；并且在进行正常的检修时，也需要把控制方式转换为手动就地方式，与控制系统脱离关系，单独进行启停。
2、ControlLogix系统及特点
（1）ControlLogix控制器即处理器功能强大，ControlLogix控制器使用于大规模的控制系统，可以控制大量的I/O点，具有极强的通信功能。其数字量I/O最多可寻址128000点，模拟量I/O最多可寻址4000点。每个控制器最多可以有250个通讯连接。
（2）创新的机架和背板采用最大可用性设计，使用生产者/消费者技术的无源多主数据总线。ControlLogix 系统是基于模块化设计的系统，它的模块化结构允许各种模块混合使用，且多个控制器可以位于同一个机架中，所需空间比传统的控制器小20%~50%。在同一个机架中多个控制器并存，实现分布式运算。在同一个机架中配置多个通讯模块，实现网络扩展和不同网络间的路由。无需控制器干预，现场输入信号可以同时直接送给同一网络上的多个处理器、智能设备及服务器等，避免了传统的现场信息先由主站存储，在顺序转发的传输过程，大大提高了通信效率。
（3）支持ControlNet、DeviceNet等标准工业现场总线，兼容Hart过程仪表总线协议，同时提供与各类第三方控制系统的广泛接口。
（4）支持开放的100Mbps EtherNet/IP网络，控制系统和上位机可以组成多服务器/多客户端模式的实时监控系统。
（5）在EtherNet/IP、ControlNet和DeviceNet各层网络中采用采用统一的CIP协议，该协议可以区别对待实时控制数据和非实时监视/组态数据，保证了工业控制的实时性和确定性。同时，也保证了系统中各层设备对象定义的统一、网络服务的统一，实现了不同网络间数据的完全透明。
（6）用户通过软件刷新，即可实现包括处理器在内的各种模块的升级。
（7）ControlLogix PLC系统的所有模块，包括I/O模块均为智能化模块，均可带电插拔。
（8）RSLogix5000应用开发软件统一进行顺序、过程、驱动和运动控制系统的组态、开发、编程、调试和运行。RSLogix5000应用开发软件可以从缩减开发成本、减少停机时间、优化运行等多方面设计，在开发性和兼容新方面提供无可匹敌的潜力。
3、ControlLogix系统结构
ControlLogix控制系统包含了三个主要层次，通过网络把这三个层次联系起来，构成整个控制系统。最下面是现场设备层，通过远程I/O、传感器等，把现场设备直接连接到控制器上，方便快捷地采集设备的各种数据，并对设备进行配置和监视。现场设备层通常是主从网络，如DeviceNet现场总线、远程I/O网等。
中间是数据控制层，负责生产过程的控制和优化。它在各个PLC之间及其与各智能控制设备之间进行控制数据的交换、控制的协调、编程、维护、监控等。数据控制层采用同级对等通信网络如ControlNet、DH+网等。
上面是信息管理层，上位机通过网络与PLC通信，实现远程监控。它主要用于上层计算机系统采集和监控全厂范围控制系统的数据，以实现厂级信息管理，通常采用EtherNet/IP以传输大量的数据信息。
中国神华神东锦界选煤厂是一座年生产能力为2000万吨的选煤厂，生产工艺主要包括筛分破碎、分选、浓缩、压滤四部分，并形成了较为完善的产品储存、装车、运输系统，工艺流程较为完善。
根据锦界选煤厂的情况，我们采用分布式控制系统，主要由上位机、ControlLogix控制器主站和各分站数据采集三部分组成，构成了工业过程控制微机局域网。ControlLogix控制系统结构如图1所示。
图1锦界选煤厂ControlLogix系统结构
（1）ControlLogix控制器主厂房主站控制器选择1756 ControlLogix系列中的1756-L73，用户内存为8MB,安全数字存储卡，完全支持控制器冗余；两个压滤机主站控制器都选择1756 ControlLogix系列中1756-L55M23，用户内存为1.5MB，具有非易失用户内存，支持控制器冗余；装车站主站控制器选择1756ControlLogix系列1756-L61，用户内存为2MB，CompactFlash存储卡。
（3）ControlLogix通信模块不同的通信模块适用于不同的网络。在ControlLogix背板中安装多个通信模块可在不同的网络间对控制和信息数据进行桥接或路由。控制器主站与上位机通过EtherNet/IP网络通信，主站与分站、分站与分站之间通过ControlNet网络通信，底层设备之间通过DeviceNet网络通信，系统EtherNet/IP通信模块采用1756-EN2TR，使用双绞线，通信速率达到10/100Mbps。ControlNet通信模块采用1756-CNBR，支持冗余介质，DeviceNet通信模块采用1756-DNB，与电机E3保护器连接形成DeviceNet网络，对设备进行实时监控和保护。
（2）ControlLogix控制器通过可选模块实现与各分站的通信，每个分站I/O模块分为开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。所有模块均有故障报警显示，便于查找故障，允许带电插拔。由于需要对选煤厂煤仓的仓位、介质桶的液位、介质的密度、原煤和商品煤数量以及灰分等工艺参数进行检测，所以我们采用了模拟量输入模块，把这些模拟量信号转化为标准的4～20mA电流信号，然后经模拟量输入模块及通信模块进入计算机系统，由工控机进行处理。这样，操作人员在集控室就可以实时了解各模拟量信号，并且可以把一些重要数据打印出来。主厂房主站及主洗分站、筛分分站、装车主站采用交流数字量输入模块1756-IM16I，16点单独隔离输入，电压240V AC,交流数字量输出模块1756-OW16I，16点单独隔离输出，电压240V AC。模拟量输入模块1756-IF8，模拟量输入模块采用1756-OF8。压滤机主站采用直流数字量输入模块1756-IB32，直流数字量输出模块1756-OB32,模拟量输入模块1756-IF16，模拟量输出模块也采用1756-OF8。
4、ControlLogix系统的功能
(1)设备控制功能。根据选煤厂设备顺序控制的基木原则——逆煤流起车，顺煤流停车，实现了设备的顺序启停控制；根据选煤厂的设备关系闭锁图，实现了各设备之间的闭锁，集控运行状态，下层设备故障停车时，上层设备能够立即停车，防止发生压设备事故；实现设备就地/集控转换：正常情况下，设备全部集控起停车，在某台设备出现故障时或者停电检修时，转到手动即就地方式，脱离控制系统，进行故障排除或检修。在出现紧急情况时，例如，某台设备出现故障时，可以使用现场急停按钮、保护开关或集控室工控机屏幕上的急停按钮，实现急停功能，避免事故发生或事故扩大。
(2)信号功能。①预警信号：在启动前，集控系统能发出预告信号，预警电笛一般安装在相关设备附近，提醒现场岗位或作业人员，设备即将启车。②事故报警信号：当系统中某台设备故障或设备相关保护动作，集控系统能及时检测到设备发生了什么故障或设备什么保护动作，帮助或提醒调度员及时通知岗位进行设备相关部位的检查，迅速排除故障，减少生产影响时间，提高了生产效率。
(3)数值图形显示功能。动态图形包括全厂设备的起停控制画面，各分系统设备的起停控制画面；一些参数例如电流、料位计、液位计、压力、转速、频率、密度等的数值显示或动态画面显示；以上的画面都在一台工控机的屏幕上显示，调度员在集控室就可以完成全厂设备运行监控。
(4)网络通讯功能。通过EtherNet/IP（以太网）实现上位机与ControlLogix控制器,通过ControlNet网络实现与ControlLogix控制器与各分站、分站与分站之间的联网，可以很方便监视选煤厂筛分、分选、压滤、装车等各个系统的运行情况。
(5)管理功能。在上位机上做了全厂主要参数如产量、装车吨位等数据的实时显示、历史数据的存储以及全厂的生产报表，调度员可以进行上传、查询、打印操作，方便了对整个生产情况的了解。
5、结束语
笔者参与了神华神东锦界选煤厂筛分扩建、筛分配电室PLC模块升级改造，经改造后的系统稳定性和兼容性更高，给生产带了极大的方便。
参考文献
[1]郑阿奇.徐斌.罗克韦尔PLC应用技术.2013.
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[4]黄洁.ControlLogix控制系统及应用.冶金自动化.2003.
[5]AB.ControlLogix 系统用户手册.2015.
论文作者:何过
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/22
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