應(yīng)用背景
近年來，隨著環(huán)境的日益惡化及人們對于環(huán)境保護意識的加強，人們對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M15的地方標準，山西省全甲醇汽車已研制成功，并在山西省全面試點。全甲醇汽車開始批量，計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)品的競爭核心，也是甲醇生產(chǎn)企業(yè)的重要競爭策略。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。隨著煤炭價格的日益高漲，對原本具有價格優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生重大影響。在煤制甲醇的企業(yè)，對于設(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，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，發(fā)展汽油、柴油的替代燃料二甲醚，對實現(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)實意義和深遠的歷史意義。
久泰能源集團創(chuàng)建于2002年，主導(dǎo)產(chǎn)品為二甲醚和甲醇，是國家級高新技術(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10萬噸二甲醚項目是采用煤碳為原材料的，因此煤炭的運輸和儲存的穩(wěn)定性要求極高。本套輸煤系統(tǒng)要同時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
本項目中現(xiàn)場設(shè)備十分復(fù)雜，包括皮帶機、碎煤機、葉輪給煤機、環(huán)形給煤機、犁煤器、筒倉、除塵器、除鐵器、電動三通四通等。用戶要求對應(yīng)設(shè)備的IO模塊必須位于設(shè)備附近。在滿足對設(shè)備的控制要求前提下，還必須保證現(xiàn)場工作人員的安全。
解決方案
輸煤控制系統(tǒng)由一臺工程師站及三臺HMI操作站和冗余的RX7I PLC主站和多套RX 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)進行通訊。每個系統(tǒng)機架上都配置兩塊獨立的以太網(wǎng)模塊，分別設(shè)置不同網(wǎng)段的IP地址，同時連接到兩組交換機。上層的工程師站及HMI操作員站也配備了冗余的網(wǎng)卡，可以分別采集每個機架上的數(shù)據(jù)。這種完全冗余的網(wǎng)絡(luò)配置，大大降低了因為通訊中斷而導(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地平穩(wěn)地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運行。
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)場信號。通訊總線以及I/O節(jié)點狀態(tài)等信息也可以通過在線診斷確定并向操作員報告診斷結(jié)果。
為方便現(xiàn)場設(shè)備的接線，I/O子站是分別放置在相距達一公里的兩個配電室。這樣的距離遠遠超出了總線的通訊距離，為了實現(xiàn)對310配電室的I/O模塊的數(shù)據(jù)采集和控制，這個項目采用了光纖通訊。兩個配電室之間采用光纖和中繼器連接，通過對參數(shù)的設(shè)置，完美的實現(xiàn)了遠程I/O子站的通訊。
程序設(shè)計
輸煤控制對于流程的先后順序有嚴格的要求，啟動后續(xù)設(shè)備必須要求相關(guān)設(shè)備準備好，否則會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)場工作人員的安全。在久泰輸煤系統(tǒng)，設(shè)計了自動和手動啟動和停止。如果選擇自動，系統(tǒng)會確定各個設(shè)備狀態(tài)并且逐一啟動或者停止。選擇手動時候，如果后續(xù)設(shè)備沒有準備好，則無法選擇對應(yīng)的設(shè)備，保證不會有誤操作。
為了安全和避免誤操作，對所有設(shè)備的啟停均以彈出式操作面板表示，如果想啟動某設(shè)備，點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。
下圖是膠帶輸送機的畫面。通過HMI啟動或者停止皮帶時必須在遠方操作位，并無故障信號；系統(tǒng)跑偏，拉繩開關(guān)沒有動作，以及與該皮帶相關(guān)的三通、四通和破碎機的狀態(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、拉繩開關(guān)動作、皮帶嚴重跑偏（跑偏聯(lián)鎖沒有解除）、皮帶嚴重打滑（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。
下圖是破碎機的控制畫面。通過HMI啟動或者停止碎煤機必須保證設(shè)備處于遠方操作位，并無故障信號，并且５號皮帶狀態(tài)正確。
下圖是環(huán)形給煤機的控制面板。通過HMI啟動或者停止環(huán)給機必須保證設(shè)備處于遠方操作位，并無故障信號，與環(huán)給機相關(guān)的４號皮帶必須處于正確的狀態(tài)。
下圖是葉輪給煤機控制畫面。啟動葉輪給煤機必須保證設(shè)備處于遠方操作位且汽車卸煤皮帶或者火車卸煤皮帶至少有一個處于運行狀態(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)料位達到設(shè)定至?xí)詣油Ｖ辜用骸?/p>
筒倉上方皮帶上的犁煤器控制畫面。當(dāng)選擇自動配煤時候，程序會將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)需要手動配煤是，可以現(xiàn)場控制。
下圖為脈沖袋除塵器控制畫面。
下圖為電動三通控制畫面。
下圖為電動四通控制畫面。
實施結(jié)果
1. 本項目中通過處理器及網(wǎng)絡(luò)的冗余，保證了生產(chǎn)的正常進行，大大降低因系統(tǒng)故障down機時間。
2. 通過光纖通訊的方式，解決了遠程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，給予了高度的評價。
