應(yīng)用背景
近年來，隨著環(huán)境的日益惡化及人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，人們對(duì)于潔凈的空氣要求越來越高。做為汽車尾氣污染的解決方案，企業(yè)提出了各種新興產(chǎn)品來體態(tài)傳統(tǒng)的汽油柴油等。目前市面上應(yīng)用較多的是甲醇摻燒汽油及二甲醚等等。
在北美和西歐，甲醇摻燒汽油得到廣泛的應(yīng)用，在我國，四川省已出臺(tái)M15的地方標(biāo)準(zhǔn)，山西省全甲醇汽車已研制成功，并在山西省全面試點(diǎn)。全甲醇汽車開始批量，計(jì)劃在山西和安徽省推廣使用。甲醇工業(yè)在國內(nèi)發(fā)展十分迅速，目前中國的甲醇產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一位。
甲醇是工業(yè)附加值較低的化工產(chǎn)品，低成本是該類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)核心，也是甲醇生產(chǎn)企業(yè)的重要競(jìng)爭(zhēng)策略。與目前國外主流的以天然氣為原料的生產(chǎn)工藝不同，我國的大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的天然缺陷制約這甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展。隨著煤炭價(jià)格的日益高漲，對(duì)原本具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的煤基甲醇產(chǎn)生重大影響。在煤制甲醇的企業(yè)，對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定和可靠提出更高的要求。
二甲醚是一種具有戰(zhàn)略意義的新型清潔替代能源，用途非常廣泛,可以作為民用燃料、車用燃料和工業(yè)用燃料，具有安全、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是適合我國替代能源發(fā)展的首選產(chǎn)品。在我國“富煤、少油、有氣”能源結(jié)構(gòu)的基本現(xiàn)狀下，充分發(fā)揮我國煤炭資源豐富的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展汽油、柴油的替代燃料二甲醚，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國能源多元化戰(zhàn)略，保障我國能源安全和環(huán)境，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。
久泰能源集團(tuán)創(chuàng)建于2002年，主導(dǎo)產(chǎn)品為二甲醚和甲醇，是國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)和新加坡主板上市企業(yè)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，已形成年產(chǎn)130萬噸甲醇、110萬噸二甲醚的生產(chǎn)能力，是目前世界上產(chǎn)能最大的二甲醚生產(chǎn)企業(yè)。
久泰能源在內(nèi)蒙古投資的年產(chǎn)100萬噸甲醇10萬噸二甲醚項(xiàng)目是采用煤碳為原材料的，因此煤炭的運(yùn)輸和儲(chǔ)存的穩(wěn)定性要求極高。本套輸煤系統(tǒng)要同時(shí)為電廠及煤漿制備提供原料，控制系統(tǒng)必須保持不能中斷。
客戶需求
本項(xiàng)目中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備十分復(fù)雜，包括皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、葉輪給煤機(jī)、環(huán)形給煤機(jī)、犁煤器、筒倉、除塵器、除鐵器、電動(dòng)三通四通等。用戶要求對(duì)應(yīng)設(shè)備的IO模塊必須位于設(shè)備附近。在滿足對(duì)設(shè)備的控制要求前提下，還必須保證現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全。
解決方案
輸煤控制系統(tǒng)由一臺(tái)工程師站及三臺(tái)HMI操作站和冗余的RX7I PLC主站和多套R(shí)X 3I模塊構(gòu)成的子站組成。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：
為了保證上位機(jī)通訊的可靠性，工程師站及HMI操作站與PLC控制器之間，通過冗余TCP/IP以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。每個(gè)系統(tǒng)機(jī)架上都配置兩塊獨(dú)立的以太網(wǎng)模塊，分別設(shè)置不同網(wǎng)段的IP地址，同時(shí)連接到兩組交換機(jī)。上層的工程師站及HMI操作員站也配備了冗余的網(wǎng)卡，可以分別采集每個(gè)機(jī)架上的數(shù)據(jù)。這種完全冗余的網(wǎng)絡(luò)配置，大大降低了因?yàn)橥ㄓ嵵袛喽鴮?dǎo)致的生產(chǎn)事故。
控制器的冗余是由兩套 CPU控制器（IC698CRE030）和冗余通訊模塊（IC698RMX016）組成，主控制器通過冗余通訊模塊與其備用控制器和I/O系統(tǒng)的通訊實(shí)現(xiàn)其熱備冗余功能，當(dāng)主控制器或通訊出現(xiàn)故障，所有控制功能將自動(dòng)地平穩(wěn)地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運(yùn)行。
系統(tǒng)內(nèi)部處理器與I/O模塊的通訊采用了GE智能平臺(tái)的Genius總線，通過Genius總線控制器模塊（IC697BEM731）為RX7I 提供Genius I/O總線的接口控制八組RX 3I I/O子站。每個(gè)子站通過Genius總線通訊接口單元（NIU）與處理器交換控制數(shù)據(jù)和采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。通訊總線以及I/O節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等信息也可以通過在線診斷確定并向操作員報(bào)告診斷結(jié)果。
為方便現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接線，I/O子站是分別放置在相距達(dá)一公里的兩個(gè)配電室。這樣的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了總線的通訊距離，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)310配電室的I/O模塊的數(shù)據(jù)采集和控制，這個(gè)項(xiàng)目采用了光纖通訊。兩個(gè)配電室之間采用光纖和中繼器連接，通過對(duì)參數(shù)的設(shè)置，完美的實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程I/O子站的通訊。
程序設(shè)計(jì)
輸煤控制對(duì)于流程的先后順序有嚴(yán)格的要求，啟動(dòng)后續(xù)設(shè)備必須要求相關(guān)設(shè)備準(zhǔn)備好，否則會(huì)造成煤炭在皮帶或者其他設(shè)備堆積，影響生產(chǎn)或者造成設(shè)備損壞甚至威脅現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全。在久泰輸煤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)和停止。如果選擇自動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)確定各個(gè)設(shè)備狀態(tài)并且逐一啟動(dòng)或者停止。選擇手動(dòng)時(shí)候，如果后續(xù)設(shè)備沒有準(zhǔn)備好，則無法選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)備，保證不會(huì)有誤操作。
為了安全和避免誤操作，對(duì)所有設(shè)備的啟停均以彈出式操作面板表示，如果想啟動(dòng)某設(shè)備，點(diǎn)擊流程圖畫面上的相應(yīng)設(shè)備，彈出操作面板，然后才能在操作面板上進(jìn)行操作，并且面板上有相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)反饋。
下圖是膠帶輸送機(jī)的畫面。通過HMI啟動(dòng)或者停止皮帶時(shí)必須在遠(yuǎn)方操作位，并無故障信號(hào)；系統(tǒng)跑偏，拉繩開關(guān)沒有動(dòng)作，以及與該皮帶相關(guān)的三通、四通和破碎機(jī)的狀態(tài)正確。當(dāng)皮帶發(fā)生以下狀況之一停止：緊急停止按鈕啟動(dòng)、拉繩開關(guān)動(dòng)作、皮帶嚴(yán)重跑偏（跑偏聯(lián)鎖沒有解除）、皮帶嚴(yán)重打滑（欠速聯(lián)鎖沒有解除）、皮帶縱向撕裂（撕裂聯(lián)鎖沒有解除）、皮帶前端設(shè)備停止。
下圖是破碎機(jī)的控制畫面。通過HMI啟動(dòng)或者停止碎煤機(jī)必須保證設(shè)備處于遠(yuǎn)方操作位，并無故障信號(hào)，并且５號(hào)皮帶狀態(tài)正確。
下圖是環(huán)形給煤機(jī)的控制面板。通過HMI啟動(dòng)或者停止環(huán)給機(jī)必須保證設(shè)備處于遠(yuǎn)方操作位，并無故障信號(hào)，與環(huán)給機(jī)相關(guān)的４號(hào)皮帶必須處于正確的狀態(tài)。
下圖是葉輪給煤機(jī)控制畫面。啟動(dòng)葉輪給煤機(jī)必須保證設(shè)備處于遠(yuǎn)方操作位且汽車卸煤皮帶或者火車卸煤皮帶至少有一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)。
下圖是筒倉狀態(tài)顯示畫面?？梢酝ㄟ^畫面設(shè)定筒倉料位，當(dāng)料位達(dá)到設(shè)定至?xí)詣?dòng)停止加煤。
筒倉上方皮帶上的犁煤器控制畫面。當(dāng)選擇自動(dòng)配煤時(shí)候，程序會(huì)將7組犁煤器按照組內(nèi)小循環(huán)，組間大循環(huán)的方式為筒倉加煤。當(dāng)需要手動(dòng)配煤是，可以現(xiàn)場(chǎng)控制。
下圖為脈沖袋除塵器控制畫面。
下圖為電動(dòng)三通控制畫面。
下圖為電動(dòng)四通控制畫面。
實(shí)施結(jié)果
1. 本項(xiàng)目中通過處理器及網(wǎng)絡(luò)的冗余，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，大大降低因系統(tǒng)故障down機(jī)時(shí)間。
2. 通過光纖通訊的方式，解決了遠(yuǎn)程I/O子站的通訊和控制。面板式的畫面減少了操作人員的誤操作，保障了生產(chǎn)的安全。目前系統(tǒng)已經(jīng)投用將近兩年，用戶反映良好，給予了高度的評(píng)價(jià)。
