1 引言
神華集團是中國最大的煤炭企業，準格爾旗黑岱溝選煤廠是選煤主力企業，2004年通過集中控制系統工程招標，范圍包括對原1200萬噸選煤廠的集控系統升級改造，新建800萬噸重介車間的集控系統制造調試，全廠綜合自動化系統，改造后的設計產量達到2400萬噸，為國內最大。全廠控制設備眾多，保護裝置齊全，工藝復雜，各系統間銜接關系多樣，整體系統控制點數龐大，網絡分布廣大，對控制系統的要求較高。
2 工藝概述
準能公司選煤廠采用跳汰、重介、淺槽洗選工藝。主要設備均由國外進口。
2.1 跳汰洗選工藝
來煤經預先分級、手選、除鐵除雜后，篩下物(小于50mm)進入原煤倉，經倉下給煤機給煤至皮帶輸送機，既可以去主廠房，又可裝車。篩上物(大于50mm)經緩沖倉進入4臺跳汰機，跳汰機采用肯哈得(khd)公司產品，車間采用雙系統，各系統既可獨立運行，也可同時運行。塊精煤直接或經破碎后入塊精煤倉，矸石入矸石倉。
跳汰洗精煤經撈坑分級、篩子和離心機脫水后入精煤倉，洗混煤經脫水后入洗混煤倉，矸石入矸石倉。煤泥水經過傾斜板沉淀器沉淀后，打入煤泥濃縮分級旋流器組，溢流入煤泥濃縮機，底流進高頻篩。濃縮機底流經攪拌捅入壓濾機，濾餅經刮板入煤泥涼干場。
2.2 淺槽重介洗選工藝
原煤經篩分破碎后，塊煤進入主廠房淺槽分選床，產品煤分別經脫介篩和離心機脫水后，進入亞洲最大的槽型產品倉。介質循環系統對介質進行密度調節和磁選、脫泥工藝處理，保證工藝要求的密度、煤泥含量、液位。煤泥水處理系統：煤泥水經煤泥水泵至煤泥旋流器、煤泥濃縮機，底流至安德里茲(andritz)公司的加壓過濾機，脫水后的煤泥進入精煤皮帶。裝車系統采用了世界先進的小時能力2×5000t的卡那瓦(kanawa)公司的快速裝車系統外運，如圖1所示。
圖1 洗選工藝
3 施耐德解決方案
黑岱溝選煤廠包括1200萬噸跳汰洗煤車間、新建800萬噸淺槽重介洗煤車間、400萬噸旋流器重介車間、原煤車間、篩分車間、快速裝車系統。跳汰洗煤廠舊的控制系統采用施耐德984系列產品，rio網絡采用s908方式，cpu至人機界面fix 32 采用mb+網絡聯接。系統生產能力近2000萬噸，每天產量5萬噸，而目前煤炭形勢較好，因此，如何減少系統停車時間，盡快將新集控投入，恢復正常生產，將帶來巨大的經濟效益，而施耐德公司的quantum系列產品在網絡和軟件的向下兼容性無疑成為此次改造的不二選擇。以下將從選煤廠集中控制系統的軟件、硬件、網絡等方面分別進行技術改造方案的闡述。
3.1 基于iec61131-3的系統兼容性
原有984 plc的編程軟件為mod-soft，運行于dos環境，采用ld梯形圖編程。quantum系列編程軟件concept是基于windows環境的先進的編程工具。采用microsoft windows圖形用戶接口(gui)，符合iec61131-3國際標準，所以它的編輯器是統一的，使用簡單。支持984梯形邏輯，這為老產品的用戶提供了從dos到windows的平滑過渡。concept除編程外還提供了強大的硬件、軟件配置器、安全級配置器、導出功能塊(dfb)編輯器、程序轉換器、exec下載器和16位及32位仿真器等。concept完全可以將modsoft環境的984程序移植到新的環境，同時不改變原有的程序邏輯、操作習慣，保證操作人員直接使用新的系統而不必培訓和學習。
3.2 人機界面
fix32與ifix皆為intellution公司的人機界面軟件，ifix 為fix32的升級產品，兼容原有數據庫，而畫面雖不能直接使用，但可以由ifix程序組中的pictureconverter.exe直接轉換，經簡單代碼編寫后可以順利移植原上位機。
3.3 plc部分
新模塊選型已考慮到直接一一對應替換老模塊，如離散輸入模塊點數都為16位，這樣可以直接由quantum 140dai74000替換原b809-016；離散輸出模塊點數為16位，這樣可以直接由quantum 140dra84-000替換原b808-016；這樣原有電纜保留、原有端子接線保留，只需將導線從老模塊上拆下后直接一一對應到新模塊端子上，即可實現原有功能，使接線改動量最少。由此減少由于接線造成的錯誤。
4 網絡設計
方案設計追求最大限度的減少改造可能造成的錯誤及延誤的時間，神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統網絡拓如圖2所示。
圖2 神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統網絡拓撲圖
原984 plc采用s908 rio網絡，通訊介質(電纜)為同軸電纜，新的quantum plc亦采用rio網絡，通訊介質(電纜)同樣也是同軸電纜，可以不用更換。984 plc升級為quantum plc的過程中，可以利用s908 rio網絡兼容quantum、984的特點進行，首先更換984 cpu部分為quantum cpu(140cpu53414a)，下掛800 i/o，運行從modsoft下導入的程序(即ll984)，然后逐步更換800 i/o為quantum的rio模板(140cra93100)，直至最終完成。
此次控制系統的網絡方案是采用目前標準的、開放的工業以太網為基礎的、以全廠集成自動化為概念的生產過程自動化系統。它是用工業以太網、rio為系統網絡，配以高性能、高可靠的plc現場控制站，并具有服務器的控制系統。通過rio控制層網絡將現場數據實時采集到現場控制站，現場控制站可進行及時的數據處理，并將上位監控計算機所需的數據通過以太網絡傳送到上層的監控計算機，便于管理層對現場實際情況的及時掌握。
整個控制系統由現場設備(儀器儀表設備)、過程控制級(數據層)、中央監控管理級(信息層)組成三級計算機集散控制系統。該系統集數據采集、監視、控制、管理功能于一體，完成整個選煤廠的過程控制、工藝流程顯示、設備運行狀態的監測及故障報警，對選煤工藝過程進行分散控制、集中管理。
方案中的光纖環網層面主要以信息層為主，即cpu與主集控室的人機界面通訊為主，數據量較大，采用了100mbs快速以太網，為保證通訊線路的可靠性，采用了光纖環網作為網絡主干，可以在網絡路徑發生一處中斷的情況下，仍保證整條網絡的通訊暢通。
為了減少光纖環網的冗余數據量，降低通訊負擔，采取了每個cpu站采用雙以太網模板(140noe77101)的方案，劃分為兩個網段，一段中的一塊與本站的人機界面部分通訊，另一段中的一塊通過光電交換機moxa
eds-405-mm與上層的光纖環網聯通，這樣可以對數據進行分類，使本地控制通訊數據僅在本地以太網段交換，而需要送至主集控室的數據在另一個網段交換，最終在光纖環網上只有五個cpu至主集控室的通訊數據，避免了所有數據在光纖環網上的繁忙、冗余的通訊。
主集控室與快速裝車部分采用opc方式通訊。快速裝車系統采用ab公司的contrologix plc，主集控室的ifix
3.5采用opc client drvier與ab公司的rsliux通訊，在ifix的啟動選項中添加rsliux即可。由于快速裝車系統為外方設備，只提供了一塊以太網通訊模板與其人機界面通訊，為避免其內部通訊數據通過光電交換機轉發而形成對上層光纖環網的擁塞，該網絡新增了一臺路由器，將內部以太網與光纖環網分段隔離，提供了光纖環網對內部contrologix的1756-enbt的單向路由訪問，即實現了主集控室人機界面對contrologix的1756-enbt的讀寫，同時可以阻斷內部數據的對外轉發。
ifix安裝sql server 2000，通過實時odbc接口采樣控制系統實時數據，并通過oracle服務器端與準格爾能源公司局端oracle信息管理系統數據庫通訊。在至準格爾能源公司的上級網絡聯接上，采用了tp-link公司的路由器與軟件防火墻，可以在提供互聯互通的前提下，防止外部網絡對內部控制網絡的非法訪問，保證通訊的安全。
各cpu站之間的通訊采用以太網的cread和cwrite程序編寫，可以實現高速、大量的數據共享。
在控制軟件編制上，根據concept的特點，首先對系統進行分析，對程序的內存分配、地址分配進行規劃、形成表格；對程序結構進行劃分，將不同功能的程序劃分到不同的子程序中，在主程序中分別調用，不但閱讀清晰而且調試方便；程序除改造部分沿用原ll984外，新系統采用ld、fbd編程；將大量功能相同(如設備啟停)的代碼函數在主程序中調用，使用時只需將變量填入子程序的管腳即可，可以減少程序的繁瑣輸入和因此帶來的輸入錯誤，而且修改方便；對代碼作注釋，功能復雜的代碼應作詳細注釋；規范變量名稱，做到程序良好的：正確性、可讀性、可維護性等。
系統設集中/就地兩種運行方式，集中方式下，設備可以程序起、停車(逆煤流逐臺啟車，順煤流逐臺停車)，并具有聯鎖(逆煤流方向設備閉鎖)、解鎖功能，就地方式用于檢修，設備間無閉鎖關系；集中、就地兩種運行方式在轉換過程中不影響設備的運行狀態。
5 結束語
舊系統升級改造是利用選煤廠停產間隙進行，采用上述方案逐步實施，認真準備，細心調試，在沒有耽誤生產的前提下，順利完成。全部系統的聯合調試，于2006年初順利完成。經大半年的運行，系統穩定、生產正常，得到用戶的充分肯定。
作者簡介
成舉炳(1974-) 男 電氣工程師 高級程序員 網絡工程師
crsa會員(bg6lk)，神華集團準能公司黑岱溝選煤廠綜合自動化系統項目負責人，主要從事選煤廠控制系統設計調試與網絡開發。
參考文獻
[1] 施耐德公司. quantum硬件手冊
[2] 施耐德公司. rio設計手冊
[3] 施耐德公司. noe 77101硬件手冊
[4] intellution公司. ifix 3.5高級編程