應用背景
近年來(lái)，隨著(zhù)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(lái)越高。做為汽車(chē)尾氣污染的解決方案，企業(yè)提出了各種新興產(chǎn)品來(lái)體態(tài)傳統的汽油柴油等。目前市面上應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用，在我國，四川省已出臺M15的地方標準，山西省全甲醇汽車(chē)已研制成功，并在山西省全面試點(diǎn)。全甲醇汽車(chē)開(kāi)始批量，計劃在山西和安徽省推廣使用。甲醇工業(yè)在國內發(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(lèi)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(zhù)煤炭?jì)r(jià)格的日益高漲，對原本具有價(jià)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)，對于設備的穩定和可靠提出更高的要求。
二甲醚是一種具有戰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(chē)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”能源結構的基本現狀下，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(shí)現我國能源多元化戰略，保障我國能源安全和環(huán)境，具有重要的現實(shí)意義和深遠的歷史意義。
久泰能源集團創(chuàng )建于2002年，主導產(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(guò)幾年的發(fā)展，已形成年產(chǎn)130萬(wàn)噸甲醇、110萬(wàn)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)。
久泰能源在內蒙古投資的年產(chǎn)100萬(wàn)噸甲醇10萬(wàn)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定性要求極高。本套輸煤系統要同時(shí)為電廠(chǎng)及煤漿制備提供原料，控制系統必須保持不能中斷。
客戶(hù)需求
本項目中現場(chǎng)設備十分復雜，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(dòng)三通四通等。用戶(hù)要求對應設備的IO模塊必須位于設備附近。在滿(mǎn)足對設備的控制要求前提下，還必須保證現場(chǎng)工作人員的安全。
解決方案
輸煤控制系統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模塊構成的子站組成。系統的網(wǎng)絡(luò )結構圖如下所示：
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(guò)冗余TCP/IP以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。每個(gè)系統機架上都配置兩塊獨立的以太網(wǎng)模塊，分別設置不同網(wǎng)段的IP地址，同時(shí)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(gè)機架上的數據。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(guò)冗余通訊模塊與其備用控制器和I/O系統的通訊實(shí)現其熱備冗余功能，當主控制器或通訊出現故障，所有控制功能將自動(dòng)地平穩地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運行。
系統內部處理器與I/O模塊的通訊采用了GE智能平臺的Genius總線(xiàn)，通過(guò)Genius總線(xiàn)控制器模塊（IC697BEM731）為RX7I 提供Genius I/O總線(xiàn)的接口控制八組RX 3I I/O子站。每個(gè)子站通過(guò)Genius總線(xiàn)通訊接口單元（NIU）與處理器交換控制數據和采集的現場(chǎng)信號。通訊總線(xiàn)以及I/O節點(diǎn)狀態(tài)等信息也可以通過(guò)在線(xiàn)診斷確定并向操作員報告診斷結果。
為方便現場(chǎng)設備的接線(xiàn)，I/O子站是分別放置在相距達一公里的兩個(gè)配電室。這樣的距離遠遠超出了總線(xiàn)的通訊距離，為了實(shí)現對310配電室的I/O模塊的數據采集和控制，這個(gè)項目采用了光纖通訊。兩個(gè)配電室之間采用光纖和中繼器連接，通過(guò)對參數的設置，完美的實(shí)現了遠程I/O子站的通訊。
程序設計
輸煤控制對于流程的先后順序有嚴格的要求，啟動(dòng)后續設備必須要求相關(guān)設備準備好，否則會(huì )造成煤炭在皮帶或者其他設備堆積，影響生產(chǎn)或者造成設備損壞甚至威脅現場(chǎng)工作人員的安全。在久泰輸煤系統，設計了自動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)和停止。如果選擇自動(dòng)，系統會(huì )確定各個(gè)設備狀態(tài)并且逐一啟動(dòng)或者停止。選擇手動(dòng)時(shí)候，如果后續設備沒(méi)有準備好，則無(wú)法選擇對應的設備，保證不會(huì )有誤操作。
為了安全和避免誤操作，對所有設備的啟停均以彈出式操作面板表示，如果想啟動(dòng)某設備，點(diǎn)擊流程圖畫(huà)面上的相應設備，彈出操作面板，然后才能在操作面板上進(jìn)行操作，并且面板上有相應設備的狀態(tài)反饋。
下圖是膠帶輸送機的畫(huà)面。通過(guò)HMI啟動(dòng)或者停止皮帶時(shí)必須在遠方操作位，并無(wú)故障信號；系統跑偏，拉繩開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)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。當皮帶發(fā)生以下?tīng)顩r之一停止：緊急停止按鈕啟動(dòng)、拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作、皮帶嚴重跑偏（跑偏聯(lián)鎖沒(méi)有解除）、皮帶嚴重打滑（欠速聯(lián)鎖沒(méi)有解除）、皮帶縱向撕裂（撕裂聯(lián)鎖沒(méi)有解除）、皮帶前端設備停止。
下圖是破碎機的控制畫(huà)面。通過(guò)HMI啟動(dòng)或者停止碎煤機必須保證設備處于遠方操作位，并無(wú)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(guò)HMI啟動(dòng)或者停止環(huán)給機必須保證設備處于遠方操作位，并無(wú)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(huà)面。啟動(dòng)葉輪給煤機必須保證設備處于遠方操作位且汽車(chē)卸煤皮帶或者火車(chē)卸煤皮帶至少有一個(gè)處于運行狀態(tài)。
下圖是筒倉狀態(tài)顯示畫(huà)面?？梢酝ㄟ^(guò)畫(huà)面設定筒倉料位，當料位達到設定至會(huì )自動(dòng)停止加煤。
筒倉上方皮帶上的犁煤器控制畫(huà)面。當選擇自動(dòng)配煤時(shí)候，程序會(huì )將7組犁煤器按照組內小循環(huán)，組間大循環(huán)的方式為筒倉加煤。當需要手動(dòng)配煤是，可以現場(chǎng)控制。
下圖為脈沖袋除塵器控制畫(huà)面。
下圖為電動(dòng)三通控制畫(huà)面。
下圖為電動(dòng)四通控制畫(huà)面。
實(shí)施結果
1. 本項目中通過(guò)處理器及網(wǎng)絡(luò )的冗余，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，大大降低因系統故障down機時(shí)間。
2. 通過(guò)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(huà)面減少了操作人員的誤操作，保障了生產(chǎn)的安全。目前系統已經(jīng)投用將近兩年，用戶(hù)反映良好，給予了高度的評價(jià)。
