北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司 高保衛(wèi) 徐毓軍 王彥斌
摘 要：提高和充分挖掘選煤企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和信息化水平是企業(yè)提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)競爭力的必由之路。本文針對目前選煤廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行了分析，并提出了和利時(shí)的一體化的選煤廠綜合監(jiān)控及信息化方案。該方案包括核心的MACS-SCADA軟件，生產(chǎn)管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以及智能配電系統(tǒng)，同時(shí)還可以無縫集成外購的其他子系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 選煤廠綜合自動(dòng)化；SCADA；PLC；智能配電
1.引言
自動(dòng)化和信息化水平的提高可以大幅提高生產(chǎn)企業(yè)的工作效率，降低管理決策不科學(xué)帶來的內(nèi)部損耗，從而提高現(xiàn)代企業(yè)的競爭力。基于上述共識(shí)，這幾年來，包括選煤廠在內(nèi)的企業(yè)，均開始加大自動(dòng)化和信息化的投入，相應(yīng)地也得到了一定的回報(bào)。但從目前實(shí)際運(yùn)行的選煤廠自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)的情況來看，尚有較大的改進(jìn)余地。主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1. 自動(dòng)化子系統(tǒng)之間的協(xié)同不夠：主要表現(xiàn)在一些上自動(dòng)化較早的選煤企業(yè)，很多自動(dòng)化子系統(tǒng)是分期上的，有的還屬于不同集成商或供貨商提供服務(wù)，部分子系統(tǒng)存在瓶頸，因此子系統(tǒng)不協(xié)調(diào)，無法使得最大程度地減員增效，提高自動(dòng)化效率。同時(shí)這些老項(xiàng)目改造時(shí)還存在控制柜空間不夠放、電纜和施工強(qiáng)度大的問題。
2. 自動(dòng)化系統(tǒng)與其他監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同不夠：作為自動(dòng)化系統(tǒng)的補(bǔ)充，智能讀卡、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、調(diào)度通訊等系統(tǒng)，可完成很多傳統(tǒng)自動(dòng)化儀表無法完成的功能，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在大部分選煤企業(yè)，這些功能基本上是分散和獨(dú)立建設(shè)的，主要是由于其采用的監(jiān)控軟件相對IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展滯后，無法把最新的技術(shù)融合進(jìn)去。
3. 自動(dòng)化系統(tǒng)功能挖掘不夠：以設(shè)備管理為例，目前選煤廠的倉位計(jì)、液位計(jì)以及流量計(jì)和智能閥門都非常高端，很多都是帶hart總線的，通過hart總線我們可以在增加少量成本的基礎(chǔ)上對這些儀表進(jìn)行智能的設(shè)備管理，減少儀表的維護(hù)成本；但目前我們在各選煤廠很少見到有把這些功能加上去的，主要是因?yàn)榇蟛糠直O(jiān)控軟件在協(xié)議和功能上支持力度不大，單獨(dú)上國外的設(shè)備管理系統(tǒng)成本又太高。
4. 自動(dòng)化系統(tǒng)與信息化之間存在斷層：同樣的，目前很多集成商無法同時(shí)提供自動(dòng)化與信息化的方案，即使有大部分也是使用外購產(chǎn)品集成，這會(huì)使得信息化和自動(dòng)化之間無法無縫銜接，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度到生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)存在一定損耗，降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
針對這種情況和利時(shí)推出一體化的選煤廠綜合監(jiān)控及信息化方案，通過核心的自主產(chǎn)品、項(xiàng)目的統(tǒng)一設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新，來提高選煤企業(yè)的生產(chǎn)、管理效率。
和利時(shí)自動(dòng)化平臺(tái)，通過核心的MACS-SCADA軟件，來集成自主開發(fā)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）、設(shè)備管理系統(tǒng)（HAMS）、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)（LK和LM系列PLC）以及智能配電控制器，同時(shí)還可以集成外購的視頻監(jiān)控和通訊調(diào)度子系統(tǒng)。
本文從系列產(chǎn)品角度分別介紹了和利時(shí)各種主要軟硬件產(chǎn)品在選煤廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2.SCADA軟件
和利時(shí)早在2000年就在國內(nèi)創(chuàng)新式地提出地鐵綜合監(jiān)控的概念，其核心軟件 MACS SCADA在地鐵、流程工業(yè)、天然氣行業(yè) 、選煤廠等行業(yè)有著成熟而廣泛的應(yīng)用，該軟件具有以下特色：
l 分層、分布式結(jié)構(gòu)；
l 跨平臺(tái)，服務(wù)器采用穩(wěn)定可靠的Unix，用戶界面采用Windows；
l 開放性，可與MES系統(tǒng)及通訊調(diào)度等系統(tǒng)無縫集成；
l 大容量，數(shù)據(jù)點(diǎn)規(guī)模在50萬點(diǎn)以上，并僅受限于硬件 ；
l SCADA系統(tǒng)通用功能，典型包括驅(qū)動(dòng)接口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警和日志、趨勢歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、權(quán)限、可視化界面等；
l 提供二次開發(fā)工具
n 可方便地?cái)U(kuò)展驅(qū)動(dòng)接口、數(shù)據(jù)類型、圖符種類和應(yīng)用功能
n 能通過內(nèi)置編程接口函數(shù)（API函數(shù)）高效獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)
n 能自定義人機(jī)界面
n 能集成選煤廠其他系統(tǒng)（如視頻監(jiān)控），進(jìn)行通訊與互動(dòng)；
l 高實(shí)時(shí)性：設(shè)備狀態(tài)變化到界面顯示<1s，控制命令發(fā)送<500ms；
l 驅(qū)動(dòng)冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、任務(wù)冗余 ；
l 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間<5分鐘，具有看門狗功能 。
3.MES軟件
和利時(shí)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，被評為 2010年度中國工業(yè)軟件優(yōu)秀方案獎(jiǎng)。該系統(tǒng)在石化、電力、化肥、氯堿、焦化、化纖、能源、交通、水泥、啤酒、酒精、糧食加工、制藥等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
該系統(tǒng)包括與生產(chǎn)直接相關(guān)的子系統(tǒng)，典型的有：生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)，還包括幾個(gè)管理子系統(tǒng)：能源、設(shè)備、質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品跟蹤管理子系統(tǒng)。
通過使用MES可以減少和消除數(shù)據(jù)錄入時(shí)間、提高數(shù)據(jù)完整性、減少生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作、減少書面作業(yè)損失、縮短制造周期、降低庫存量和在制品、提高產(chǎn)品質(zhì)量。
和利時(shí)MES系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
l 先進(jìn)性，系統(tǒng)采用當(dāng)前最先進(jìn)的軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，包括： SOA技術(shù)、WEB技術(shù)、XML技術(shù)、WEB SERVICE技術(shù)、工作流技術(shù)、軟件構(gòu)件技術(shù)等；
l 安全性，系統(tǒng)具有全面的涵蓋控制系統(tǒng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性。特別是系統(tǒng)操作上提供了三級授權(quán)機(jī)制，即功能權(quán)限、操作按鈕權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限，控制用戶對功能、數(shù)據(jù)看全部、本部門或本人的數(shù)據(jù)記錄；
l 可靠性，系統(tǒng)平臺(tái)可靠、穩(wěn)定，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有斷點(diǎn)續(xù)傳功能，提供數(shù)據(jù)備份和離線查詢；
l 開放性，系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性。向下與現(xiàn)場控制系統(tǒng)交互；向上系統(tǒng)具有統(tǒng)一平臺(tái)，功能模塊可根據(jù)客戶需要靈活配置、擴(kuò)充；對外系統(tǒng)提供XML開放性標(biāo)準(zhǔn)接口，方便與第三方軟件如ERP、OA等集成；
l 集成性，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備的集成；系統(tǒng)各模塊有效集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高度共享；先進(jìn)的SOA服務(wù)模式，為有效集成第三方服務(wù)提供了保障；
l 分布式，完美的分布式應(yīng)用部署和分布式數(shù)據(jù)管理，支持集團(tuán)企業(yè)管理；
l 即時(shí)提醒，通知、公告可即時(shí)提醒，提醒內(nèi)容可以根據(jù)需要任意設(shè)定，并提供權(quán)限控制；
l 支持電子簽名，并通過密碼驗(yàn)證；
l 支持多種數(shù)據(jù)庫，支持SQL Server、Oracle、DB2等大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 。
4. HAMS軟件
隨著儀器儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的智能儀表應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，選擇使用智能儀表實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，而先進(jìn)的設(shè)備管理系統(tǒng)產(chǎn)品也成為工業(yè)過程控制領(lǐng)域一項(xiàng)不可或缺的重要組成部分。和利時(shí)HAMS可以實(shí)現(xiàn)對各種類型智能儀表進(jìn)行故障診斷提升整個(gè)工廠的運(yùn)營效率，提高現(xiàn)有設(shè)備的可利用率，降低工廠設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，優(yōu)化工廠資產(chǎn)的運(yùn)行并增加經(jīng)濟(jì)效益。
和利時(shí)HAMS軟件，具有以下特色：
l 遠(yuǎn)程管理：在控制室實(shí)現(xiàn)對全廠智能儀表的校準(zhǔn)和診斷，快速便捷
l 統(tǒng)一管理：不同廠家，不同型號(hào)的智能儀表，統(tǒng)一管理，操作簡單方便
l 標(biāo)定管理：可輕松設(shè)計(jì)標(biāo)定方案，自動(dòng)生成標(biāo)定報(bào)告和標(biāo)定趨勢曲線，判斷儀表老化程度
l 預(yù)測性維護(hù)：可進(jìn)行儀表的預(yù)測性維護(hù)，不需要每日進(jìn)行例行檢查維護(hù)，降低儀表故障率，延長定期檢修所需的時(shí)間，從而減少運(yùn)行和維護(hù)成本，降低維護(hù)費(fèi)用，提高設(shè)備利用率
l 在線監(jiān)控診斷：可設(shè)置周期性診斷、檢測儀表狀態(tài)變化，準(zhǔn)確報(bào)警、完善的報(bào)警管理為現(xiàn)場提供高效的儀表預(yù)警機(jī)制
l 文檔管理：自動(dòng)記錄所有組態(tài)變化和操作，提供的設(shè)備臺(tái)賬和工作票等功能全面提升工廠管理水平
l 系統(tǒng)集成：無縫集成DCS系統(tǒng)，通過多種標(biāo)準(zhǔn)卡件及OPC技術(shù)支持，使您的設(shè)備隨時(shí)隨地可以進(jìn)行管理
l 用戶管理：可設(shè)置不同用戶的權(quán)限及密碼，避免未授權(quán)用戶引起的誤操作，滿足工廠安全管理的需要
l 信息平臺(tái)：通過網(wǎng)頁可以方便訪問現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為決策者提供依據(jù)。
5.LK系列大型PLC
和利時(shí)LK系列大型PLC是國內(nèi)第一款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型PLC，其在設(shè)計(jì)上融合了最新的處理器技術(shù)和IT技術(shù)，在市政、水務(wù)和地鐵等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。
和利時(shí)LK系列大型PLC，具有以下特色：
l 可靠性：冗余設(shè)計(jì)、良好的電磁兼容性、完善的隔離措施、強(qiáng)大的自診斷功能、支持輸出預(yù)置、功耗無風(fēng)扇設(shè)計(jì) ；
l 易用性：所有模塊支持帶電拔插、支持SD存儲(chǔ)卡、避免模塊錯(cuò)插的防混銷設(shè)計(jì)、 獨(dú)特的接線端子設(shè)計(jì) 、支持預(yù)接線系統(tǒng) ；
l 開放性：支持多種通訊方式和通訊協(xié)議，支持多種HMI；
l 先進(jìn)性：采用主頻 533MHz工業(yè)級處理器最快13納秒的處理速度 ，16MB 程序、64MB 數(shù)據(jù)、1MB掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)大容量內(nèi)存 ，16位分辨率高速高精度模擬量處理，32個(gè)多任務(wù)處理能力 。
6.智能配電控制器
和利時(shí)公司創(chuàng)新式地提出智能供配電管控一體化安全監(jiān)控系統(tǒng)是為適應(yīng)煤礦6kV及以下變電站及高低壓配電柜電力安全監(jiān)控系統(tǒng)而開發(fā)研制的，應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)，集測量、保護(hù)、控制、通訊、管理、信息記錄、電能計(jì)量與質(zhì)量分析于一體，具有國內(nèi)先進(jìn)水平的電力監(jiān)控系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)變電站無人值守運(yùn)行方式。
該智能配電控制器配合和利時(shí)LM系列PLC和觸摸屏，可組成智能配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在配電柜內(nèi)，對柜內(nèi)電氣進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)，通過Profibus-Dp現(xiàn)場總線接入監(jiān)控PLC系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
l 利用目前市場絕無僅有的PLC交流AD采樣技術(shù)，對柜控設(shè)備的電壓、電流進(jìn)行采集，不僅可以監(jiān)控電壓、電流，還能完成電量計(jì)量，實(shí)現(xiàn)PLC式的控制、保護(hù)和測量功能。
l 取消原配電柜內(nèi)的電機(jī)保護(hù)器、電量計(jì)量裝置和配電室內(nèi)的PLC柜，在每臺(tái)配電柜內(nèi)裝配一套小型LM一體化PLC，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、計(jì)量、和控制等功能。
l 實(shí)現(xiàn)了配電柜內(nèi)集中選擇性漏電的保護(hù)、預(yù)報(bào)警功能。
l 將原系統(tǒng)的保護(hù)、計(jì)量和控制三網(wǎng)合一，系統(tǒng)減化，接線數(shù)量大大減少，易維護(hù)，故障率低。
l 降低了工程施工和維護(hù)的工作量，在相同規(guī)模的情況下（相同數(shù)量的電參量）由于傳統(tǒng)的供配電管理系統(tǒng)所需要的設(shè)備、線纜會(huì)大大的超過多采用交流采樣技術(shù)的供配電智能化管理系統(tǒng)，因此其施工和維護(hù)的工作量也成倍的增長。
7.結(jié)束語
和利時(shí)選煤廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)，集生產(chǎn)管理、現(xiàn)場控制和其他各種監(jiān)控于一體，通過自主研發(fā)的核心產(chǎn)品及和利時(shí)強(qiáng)大的系統(tǒng)集成能力，為用戶提供全套自動(dòng)化與信息化方案，將在減員增效、提高設(shè)備利用率及提高精煤產(chǎn)出率等方面為用戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。
作者簡介
高保衛(wèi)（1972-），男， 碩士，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司煤炭事業(yè)部總經(jīng)理，Email gaobaowei@hollysys.com
徐毓軍（1974-）， 男， 碩士，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司煤炭事業(yè)部高級工程師，Email xuyujun@hollysys.com