选煤厂综合自动化系统分析与应用
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作者: 陈文丽
摘要：在以太网网络基础之上利用计算机及自动化技术对自动化子系统予以整合，构建选煤厂综合自动化系统具有重要意义。文章从网络平台结构、内容以及工控设备等角度阐述了选煤厂综合自动化系统设计，并对其应用进行了分析。
关键词：综合自动化系统；网络平台；系统应用；选煤厂
中图分类号：TD948 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）03-0072-02
选煤厂综合自动化系统是以集成生产设计思想为指导，借助计算机以及自动化等技术在工业以太网基础之上对相关子系统加以整合而构建起来的。随着信息时代的到来，网络的影响范围日益扩大，对于工业自动化控制系统而言，集中控制系统必将被全数字现场总线控制系统所取代。
一、选煤厂综合自动化系统分析
全数字现场总伐控制系统中存在着扩展性以及兼容新等难题，对此，当前关于三层设备、两层网络结构的系统结构已基本不存在争议。其中，三层设备主要是指：诸如传感器、I/O设备等处于底部的现场设备；诸如可编程逻辑控制器以及专用控制器等处于中间位置的控制设备以及操作站和数据服务器等上层操作设备。两层网络主要指的是控制网络以及管理网络，其中，前者位于现场与控制设备之间，为现场总线结构；后者处于控制与操作设备之间，为工业以太网结构。作为当前使用范围最广的通信技术，以太网的优势主要体现在以下几方面：成本低廉、可供选择的传输媒介种类繁多、速度较快、组网方便等。目前为止，我国煤矿开采较为环保的一种方式为通过膏体填充方式进而开采过程，该方法是一种将固体废料、粉煤灰、煤矸石以及一些劣质土等材料制作成无需脱水、无临界流速的膏状体，在重力或是泵的压力作用下，通过管道输送进行煤矿开采作业。使用该技术进行露天煤矿开采工艺的优点在于高效、环保以及作业安全，目前在我国也被广为采用。在炮采方面，目前则采用综采膏体填充技术。其填充材料为水泥、粉煤灰、减水剂以及煤矸石等材料。该方法形成的胶体填充浓度更高，增强了其流动性，在高速的材料搅拌中送至充填区进行充填。目前该方法多被加拿大采用。
二、选煤厂综合自动化系统应用
笔者在此所阐述的选煤厂综合自动化系统主要是由生产集中监控系统以及信息管理系统构成的，借助该系统有助于管控一体化的实现。先以某选煤厂为例，该厂当前所拥有的主要设备有：动筛车间、主厂房、压滤车间以及装车站等。该选煤厂采用的工艺为：在动筛车间对主井煤仓来煤进行筛分，采用动筛跳汰机对50～300mm 块煤进行选矸，低于50mm的就属于末煤，此类煤将被运入到模块主厂房，利用重介旋流器以及螺旋分选机进行筛选。
生产集中监控系统选用的是工业控制网络技术NetLinx开放式网络架构，主要分为EtherNet、ControlNet以及DeviceNet三层。监控层选用当前应用范围最广的工业以太网网络结构，其主要作用在于提供I/O消息，并确保对等信息通信的顺利实现；设备组与交换机连接方式为点对点；控制层选择的是ControlNet网络结构，是由四条ControlNet网络组成的；设备层采取的是DeviceNet网络结构，其作用在于实现底部设备与车间控制器的有效连接。三个层次的拓扑结构分别是星形、总线形和总线形。
在MSP430F149与CC2420射频芯片之间所进行的数据的发送和接收主要是通过SPI接口实现的。用标准的四线制连接CC2420与SPI，前者向后者提供时钟。通过硬件初始化接口、SPI输入输出方向设置接口以及SPI中断服务程序就可以实现SPI的驱动设计，其中，物理层通信协议状态的转换主要是由SPI输入输出方向设置接口负责；在SPI中断服务程序中数据的接受和发送是依据字节流来安排的，数据包是按字节进行发送的，在数据包发送完毕之后，会相应的将状态从发送转换为接收。
ADC驱动设计主要是由硬件初始化接口、采集数据接口以及中断服务程序所组成的，其中，硬件初始化接口的主要作用在于按照预期的工作模式设置ADC控制寄存器，系统初始化时予以调用。一路输入通道主要负责转换传感数据模数，另外一路则主要负责转换RSSI模数、选择ADC的参考电压等；采集数据接口，主要负责选择输入通道，并启动一次AD转换，供其他需要AD转换数据的模块调用；中断服务程序主要用于对所采集到的数据进行存储，在进行数据的接收和处理时需要对相应的模块接口进行调用。
信息管理系统需要从选煤厂所开展的主要业务性质以及技术发展实际情况为出发点，选择100/1000M交换以太网作为系统网络结构方案，并选择星形网络拓扑结构。信息管理系统主要包括两个层次，分别是核心层及接入层，其中，核心层拥有1000M的带宽，主要组成部分为中心交换机一台以及服务器群；接入层拥有100M带宽，一般选择用户相对比较集中的位置进行安装。该系统主要是由四个子系统构成的，分别是生产技术管理子系统、生产调度子系统、煤质化验管理子系统以及机电设备管理子系统。其中，生产技术管理子系统的主要作用是分类并科学管理选煤厂的相关技术信息，以记录的与所使用的技术相关的数据为基础，通过分析做出恰当处理，并进行存档；生产调度管理系统的主要作用是对选煤厂的所有采购、生产以及经营等相关情况进行记录，在汇总相关数据的基础上，开展统计，此外还提供查询服务，并在数据分析结果的基础上制作报表；煤质化验管理子系统的主要作用是负责对选煤厂化验数据进行记录，并对化验报告进行整理和计算；机电设备管理子系统主要是由设备台账管理以及设备运行安全管理两部分组成的。与此同时，选煤厂还需要购置工业电视系统一套，并在厂调度室设置监控中心，同时配置二十五寸的彩色监视器共十二台，大屏幕系统一台，并将其连接到控制系统上位机中。
该选煤厂综合自动化系统主要具备以下功能：第一，可以自动将预告功能启动，也就是启动系统前会利用笛和铃发出启动预告信号；第二，禁止设备启动功能，在发出预告的情况下，如果监控系统上位机接收到禁止启动信号，设备将无法启动，与此同时，禁止启动的设备编码也将会被如实记录；第三，启动及暂停功能，如果在启动时发生设备故障或接收到禁启指令，启动程序将会被暂停，并有一段时间延时，在此期间并不会停止已经启动的设备，如果及时将设备故障解决，则发出启动指令，如果短时间内无法解除故障，已经启动的设备也会被停止；除此之外，还具备故障处理、诊断、监控等功能。
三、结语
以整体设计与系统集成为理念、以工业以太网网络平台为基础的选煤厂综合自动化系统，将管、调、控、监进行了有效整合，系统实际应用实践表明，该系统有助于促进精煤产率、稳定率以及合格率的提高，对原煤加工成本以及材料消耗等予以有效控制，为确保选煤厂正常运转提供有力保障。
参考文献
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（责任编辑：赵秀娟）
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