CN113253681A - 溜破系统及集控系统的远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明采用的技术方案是：一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，包括溜破系统、除尘设备、放矿机、空压机和集控PLC；还包括用于采集溜破系统状态信息并对其进行控制的溜破系统控制器，用于采集除尘设备状态信息并对其进行控制的辅助设备控制器，用于采集放矿机状态信息并对其进行控制的放矿机控制器，以及用于采集空压机状态信息并对其进行控制的PLC控制箱；所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和PLC控制箱均配置有子交换机；所述子交换机分别与中央交换机进行通讯并将采集到的状态信息反馈至中央交换机，集控PLC通过中央交换机获取各设备的状态信息并生成控制命令，并通过中央交换机和对应的子交换机将控制命令发送至指定的设备。
Description
技术领域
本发明属于矿山设备自动化、信息化升级改造技术领域，具体涉及一种溜破系统及集控系统的远程控制系统。
背景技术
深部开采溜破系统是矿山矿石从采场到选厂初加工及运输中转的重要环节，在实际生产过程中，矿石仓、废石仓、给料机、破碎机、成品仓、震动放矿机、皮带机、移动空压机都是本地控制，且料仓无雷达料位监测、及电机保护等功能。
由于现场设备较为分散，工作人员需要在-180、-270、-540中段、-580中段、-620、-680中段频繁巡检、操作现场设备启停控制，现场粉尘大，各中段之间来回要罐不便。现场工作环境，系统设备运行存在安全隐患，生产效率低下。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，采取集中控制的方式以减少操作人员工作量。
本发明采用的技术方案是：一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：包括溜破系统、除尘设备、放矿机、空压机、排水系统、通风设备和集控PLC；排水系统和通风设备内部集成有PLC控制器；溜破系统上集成有用于采集溜破系统状态信息的电机保护器和用于检测原石仓和成品仓料位的高频雷达料位仪，高频雷达料位仪和电机保护器向溜破系统控制器反馈溜破系统状态信息，溜破系统控制器通过电机保护器向溜破系统发送控制指令；除尘设备上集成有用于采集除尘设备状态信息的电机保护器，电机保护器向辅助设备控制器反馈除尘设备的状态信息，辅助设备控制器通过电机保护器向除尘设备发送控制指令；放矿机上集成有用于采集放矿机状态信息的电机保护器，电机保护器向出放矿机控制器反馈放矿机的状态信息，放矿机控制器通过电机保护器向放矿机发送控制指令；空压机上集成有用于采集其状态信息并对其进行控制的PLC控制箱；所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和、PLC控制箱以及排水系统和通风设备内部的PLC控制器均配置有子交换机；所述子交换机分别与中央交换机进行通讯并将采集到的状态信息反馈至中央交换机，集控PLC通过中央交换机获取各设备的状态信息并生成控制命令，并通过中央交换机和对应的子交换机将控制命令发送至指定的设备。
上述技术方案中，还包括人机交互系统，人机交互系统和集控PLC通过集控室节点交换机与中交交换机系统通讯；人机交互系统用于显示各设备的状态信息和接收人工操作指令，并将人工操作指令发送至集控PLC和对应的设备，集控PLC对人工操作指令进行分析处理和保存。
上述技术方案中，所述人机交互系统包括多台上位机，分别用于系统状态监视；三台上位机具备相同画面和功能，可任意切换使用；集控PLC通过OPC服务器采集主井设备的状态信息，集控PLC只通过OPC读取数据。
上述技术方案中，所述子交换机分别通过对应的光电转换器和光缆与中央交换机电连接；各个子交换机之间不进行通信。
上述技术方案中，所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器、PLC控制箱、排水系统和通风设备内部集成的PLC 控制器均配置有各自的本地ID地址；所述本地ID地址与集控 PLC的ID地址在同一个网段。
上述技术方案中，还包括集控操作面板，所述集控操控面板与集控PLC电连接，集控操作面板上设置有多个操作开关，每个操作开关用于控制对应设备的启动或停止状态；集控PLC接收来自集控操作面板的控制指令并将其发送至指定的设备。
上述技术方案中，所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器、PLC控制箱、排水系统和通风设备内部集成的PLC 控制器分别与集控PLC之间通过以太网通讯构成DCS控制系统，即通过子交换机和中央交换机构成DCS控制系统。所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和、PLC控制箱与其对应的电机保护器采用Modbus串行通信协议进行通讯。
上述技术方案中，操作人员通过人机交互系统调用指定设备的操作界面时，集控PLC判定指定设备的与集控PLC正常通信后，将指定设备的状态信息反馈至人机交互系统用于显示；
集控PLC基于实时反馈的设备状态信息判断指定设备是否存在故障，若存在故障则先排查故障，并通过复位恢复正常；所述复位操作通过人工执行。
集控PLC判定指定设备正常状态后将人机交互系统的对应设备的允许运行钥匙开关调整至允许状态；
操作人员通过人机交互系统输入针对指定设备的控制指令；
集控PLC基于现场设备反馈的状态信息和操作人员的控制逻辑判断后生成控制命令。
上述技术方案中，集控PLC对各设备的运行数据进行归档，并通过人机交互系统进行曲线画面的显示输出。
上述技术方案中，集控PLC对检测到的设备故障进行存档，并在检测到故障后收集故障设备的的运行状态和运行数据；并发送至人机交互系统用于显示作为维护人员故障原因分析的依据。
本发明的有益效果是：本发明通过对设备信息和操作指令的采集，一是正常生产操作需要，二是便于故障分析处理，三是有利于安全生产监督管理。多台上位机可以互为备用，冗余人机交互，提高安全保障。交换机通过光电转换器通信，整体结构简单、高效。各个控制器和PLC均设置有各自的本地ID地址不需要增设网关网桥，便于规划、管理。本发明通过控制面板开关按钮操作更直接，PLC控制更安全。操作人员是否通过人际交互系统的提示来操作控制面板。人机交互系统为完成正常生产操作，人与设备之间的信息交换。本发明采用DCS控制系统结构简单、兼容性好、易于扩展；通过集中控制减少操作人员工作量。本发明为以太网通讯，优点：兼容性好，有广泛的技术支持，基于TCP/IP 的开放式网络；成本低、易于维护。本发明在所有有电机应用的设备场合都配置了电机保护器，保护电机设备和生产设备。遛破设备集成有高频雷达料位仪，实时检测原石仓和成品仓料位，根据料位深度控制溜破系统运行。本发明对信息进行归档和显示，方便使用、查阅、备份。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的通信方式示意图；
图3为本发明的系统构建示意图；
图4为本发明的操作面板示意图；
图5为本发明的人机交互系统界面示意图a；
图6为本发明的人机交互系统界面示意图b；
图7为本发明的人机交互系统界面示意图c；
图8为本发明的人机交互系统界面示意图d；
图9为本发明的人机交互系统界面示意图e；
图10为本发明的人机交互系统界面示意图f；
图11为本发明的人机交互系统界面示意图g；
图12为本发明的人机交互系统界面示意图h；
图13为本发明的人机交互系统界面示意图i。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：包括溜破系统、除尘设备、放矿机、空压机、排水系统、通风设备和集控PLC；排水系统和通风设备内部集成有PLC控制器；溜破系统上集成有用于采集溜破系统状态信息的电机保护器和用于检测原石仓和成品仓料位的高频雷达料位仪，高频雷达料位仪和电机保护器向溜破系统控制器反馈溜破系统状态信息，溜破系统控制器通过电机保护器向溜破系统发送控制指令；除尘设备上集成有用于采集除尘设备状态信息的电机保护器，电机保护器向辅助设备控制器反馈除尘设备的状态信息，辅助设备控制器通过电机保护器向除尘设备发送控制指令；放矿机上集成有用于采集放矿机状态信息的电机保护器，电机保护器向出放矿机控制器反馈放矿机的状态信息，放矿机控制器通过电机保护器向放矿机发送控制指令；空压机上集成有用于采集其状态信息并对其进行控制的PLC控制箱；所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和、PLC控制箱以及排水系统和通风设备内部的PLC控制器均配置有子交换机；所述子交换机分别与中央交换机进行通讯并将采集到的状态信息反馈至中央交换机，集控PLC通过中央交换机获取各设备的状态信息并生成控制命令，并通过中央交换机和对应的子交换机将控制命令发送至指定的设备。
上述技术方案中，还包括人机交互系统，人机交互系统和集控PLC通过集控室节点交换机与中交交换机系统通讯；人机交互系统用于显示各设备的状态信息和接收人工操作指令，并将人工操作指令发送至集控PLC和对应的设备，集控PLC对人工操作指令进行分析处理和保存。
上述技术方案中，所述人机交互系统包括三台上位机，分别用于溜破系统及空压机的控制和状态监视、主井设备运行状态监视，排水系统状态监视；三台上位机具备相同画面和功能，可任意切换使用；集控PLC通过OPC服务器采集主井设备的状态信息。
上述技术方案中，所述子交换机分别通过对应的光电转换器和光缆与中央交换机电连接；各个子交换机之间不进行通信
如图2所示，所述子交换机分别通过对应的光电转换器和光缆与中央交换机电连接；各个子交换机之间不进行通信。
上述技术方案中，所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和PLC控制箱均配置有各自的本地ID地址；所述本地ID地址与集控PLC的ID地址在同一个网段。
本发明的设备分散，且物理路径复杂，故选择星型网络拓扑结构。是以一台中央交换机设备为中央节点，其他外围节点的子交换机都单独连接在中央交换机上。中央交换机采用集中式通信控制策略，各外围节点的子交换机之间不能直接通信，必须通过中央交换机进行通信。
具体实施例中，在副井2楼设置中央交换机，每个中段控制柜都安装了一个子交换机，本地控制器接入就地子交换机。
为了实现深部开采溜破系统及移动空压机的基本控制。如图 3所示，本具体实施例设计、配置了8台Siemens S7 200smart系列 PLC，作为各个系统设备的控制器，和1台S71500CPU1511-1PN。组态画面WinCC选用wincc7.3+upd13，操作系统为正版 Windows1064bit。
S7-1500CPU1511-1PN做主站(集控PLC)，S7-1500使用S7 通讯(put，get指令)与S7-200SMART通讯。
本具体实施例的配置过程如下：
1)网络连接选择S7连接，然后点击视图中CPU添加连接站点。由于通讯模式为S7单边通讯，因此只需在S7-1500中进行设备网络组态和编写通讯程序，smart200中无需进行任何通讯设置，但必须确保地址与S-1500对应，以下为过程：
a)TIA软件中需要做的项目内打开设备和网络，选择“网络视图”点选“连接”选择“S7”。点击CPU以太网口，右键属性，设定PLC的IP地址。
b)右键PLC，选择“添加新连接”，选择添加，需要与多少PLC 通讯就添加多少个，软件会自动分配PLC的本地ID地址，这个地址很重要，后面用PUT/GET指令的时候需要用到这个地址。然后定义每个连接的属性。属性中要定义IP地址，需要与主PLC 在一个网段，为了好区分和直观，还可以自己定义连接名称。这样连接就完成了。
c)以上完成后，组态部分就完成了。为了通讯，我们还需要在程序里面对需要传递的数据做GET/PUT程序。
d)对于同一个S7连接子站的GET/PUT指令，同一时间只能触发一个，如果一个指令没有完成，触发了另外一个指令，则会报错；但是对于不同S7连接子站的GET/PUT指令则没有这样的要求，之间不会有干扰和联系。
2)200smart在下载程序时确保程序中的IP地址跟设备IP地址一致，每台设备MAC(物理地址是唯一的，可通过此地址来确定现场设备)。
本发明采用的网络系统结构简单，集中管理，故障诊断容易；控制简单，建网容易，便于后期扩展；网络延迟时间较短，传输误差小。
本具体实施例配置了10台电机保护器，通过Modbus于8台 Siemens S7 200smart进线通讯。Modbus串行通信协议的一种，工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
Modbus串行通信协议的一种，工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。
Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是 master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上，任何一个设备都能发送一个Modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。
一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址0例外，指定地址0的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会运行，不过不回应指令)。所有的Modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O 端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。
如图4所示，具体实施例中的操作面板将集控设备分为三部分，分别为580中段放矿及破碎控制柜、辅助控制柜，540中段矿石控制柜、540废石控制柜，270中段两台空压机、180中段两台空压机。
如图5所示，井下设备包含540中段放矿机2台，580中段溜破系统(震动放矿机、破碎机)1套，180中段270中段移动空压机4台。
如图6所示，主井设备即主井提升系统包含提升机电控系统、装载系统、卸载系统、及相关辅助设备。
具体实施例中，-580中段溜破远程控制界面如图7所示，其控制控制如下：
1)集控台操作时，通过上位机需确认所要操作的溜破控制柜是否处于远程模式；
2)确认上位机580中段溜破系统画面是否有故障显示，若有先排查故障，并通过复位恢复正常；
3)将操作台上对应溜破系统的允许运行钥匙开关处于允许状态；
4)确认安全后可通过操作台启动开关来启动所需设备，停止开关停止设备运行。580中段溜破系统启动顺序：
启动时，先启动破碎机，再启动震动放矿机，破碎机停机状态无法正常启动震动放矿机。
停机时，先停震动放矿机，再停止破碎机，放矿机运行时破碎机无法正常停止。
具体实施例中，空压机远程控制界面如图8所示，其控制控制如下：
1)集控台操作时，通过上位机需确认所要操作的空压机控制是否处于远程模式；
2)确认系统画面显示将要控制的空压机是否有故障显示，若有先排查故障，并通过复位恢复正常；
3)将操作台上对应空压机的允许运行钥匙开关处于允许状态；
4)确认安全后可通过操作台启动开关来启动所需设备，停止开关停止设备运行；
注意：空压机在启动状态时旋转停止开关，并不能够立马停止，而是延时两分钟左右才能够停止运行。当空压机刚停止运行时，需等待三分钟后才能够重新启动。
具体实施例中，-540放矿机远程控制界面如图9所示，其控制控制如下：
1)集控台操作时，通过上位机需确认所操作的放矿机控制是否处于远程模式；
2)确认系统画面显示将要控制的空压机是否有故障显示，若有先排查故障，并通过复位恢复正常；
3)将操作台上对应空压机的允许运行钥匙开关处于允许状态；
4)通过上位机画面标签选择540放矿机远程正反转，通过点击上位机中正转反转按钮来切换放矿机正反转，绿色表示放矿机当前选择的方向。
5)540中段雷达料位计传感器可显示当前仓位高度，在上位机画面中也可显示高度。当料位达到设定值时放矿机就会自动停止运行。
如图10所示，集控PLC对主井提升机电控系统及深部开采设备(包括主井提升机、溜破系统、移动空压机、通风系统、排水系统)的重要运行数据作了数据归档，并通过曲线画面直观的显示输出。曲线画面属性设置，如图11，可选择显示趋势、趋势曲线输出类型等。关于曲线标尺控制属性设置如图12，可以选择标尺控制数据的来源，以及窗口显示属性等设置。图10-12中的圆框显示了操作图示。
对集控系统故障维护的关键是快速、准确地判断出故障点的位置。系统维护人员应对系统维护技术难度和可操作性有一定的认识，当检测到故障错误后，系统自动收集尽可能多的信息，根据发生故障的环境和现象来确定故障的部位和原因。出现问题要及时制定可行的维护和改进方案，通过对系统的不断升级来完善集控系统工艺，并提高系统的稳定性。
图13的圆框中，显示了故障显示信息内容当上位机画面中有故障指示，可通过画面中故障显示来查找并处理。
雷达料位计若是不准确或者不动作，可先将雷达探头取出，清理灰尘后再次安装观察运行是否正常。
ARD2电机保护器故障代码，如下表出现故障时检查确认电机和线路是否存在问题。
| 通讯故障代码 | 显示 | 故障原因 |
| 1 | hEAt | 过载 |
| 2 | oUdF | 接地/漏电 |
| 3 | UdCU | 欠载 |
| 4 | LoPh | 断相 |
| 7 | Stal | 堵转 |
| 8 | JA | 阻塞 |
| 9 | CUIb | 电流不平衡 |
| 11 | oUtE | 外部故障 |
| 12 | Stot | 起动超时 |
| 16 | shor | 短路 |
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：包括溜破系统、除尘设备、放矿机、空压机、排水系统、通风设备和集控PLC；排水系统和通风设备内部集成有PLC控制器；溜破系统上集成有用于采集溜破系统状态信息的电机保护器和用于检测原石仓和成品仓料位的高频雷达料位仪，高频雷达料位仪和电机保护器向溜破系统控制器反馈溜破系统状态信息，溜破系统控制器通过电机保护器向溜破系统发送控制指令；除尘设备上集成有用于采集除尘设备状态信息的电机保护器，电机保护器向辅助设备控制器反馈除尘设备的状态信息，辅助设备控制器通过电机保护器向除尘设备发送控制指令；放矿机上集成有用于采集放矿机状态信息的电机保护器，电机保护器向出放矿机控制器反馈放矿机的状态信息，放矿机控制器通过电机保护器向放矿机发送控制指令；空压机上集成有用于采集其状态信息并对其进行控制的PLC控制箱；所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和、PLC控制箱以及排水系统和通风设备内部的PLC控制器均配置有子交换机；所述子交换机分别与中央交换机进行通讯并将采集到的状态信息反馈至中央交换机，集控PLC通过中央交换机获取各设备的状态信息并生成控制命令，并通过中央交换机和对应的子交换机将控制命令发送至指定的设备。
2.根据权利要求1所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：还包括人机交互系统，人机交互系统和集控PLC通过集控室节点交换机与中交交换机系统通讯；人机交互系统用于显示各设备的状态信息和接收人工操作指令，并将人工操作指令发送至集控PLC和对应的设备，集控PLC对人工操作指令进行分析处理和保存。
3.根据权利要求2所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：所述人机交互系统包括多台上位机，分别用于系统状态监视；多台上位机具备相同画面和功能，可任意切换使用；集控PLC通过OPC服务器采集主井设备的状态信息。
4.根据权利要求1所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：所述子交换机分别通过对应的光电转换器和光缆与中央交换机电连接；各个子交换机之间不进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器、PLC控制箱、排水系统和通风设备内部集成的PLC控制器均配置有各自的本地ID地址；所述本地ID地址与集控PLC的ID地址在同一个网段。
6.根据权利要求1所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：还包括集控操作面板，所述集控操控面板与集控PLC电连接，集控操作面板上设置有多个操作开关，每个操作开关用于控制对应设备的启动或停止状态；集控PLC接收来自集控操作面板的控制指令并将其发送至指定的设备。
7.根据权利要求1所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器、PLC控制箱、排水系统和通风设备内部集成的PLC控制器分别与集控PLC之间通过以太网通讯构成DCS控制系统；所述溜破系统控制器、辅助设备控制器、放矿机控制器和、PLC控制箱与其对应的电机保护器采用Modbus串行通信协议进行通讯。
8.根据权利要求2所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：操作人员通过人机交互系统调用指定设备的操作界面时，集控PLC判定指定设备的与集控PLC正常通信后，将指定设备的状态信息反馈至人机交互系统用于显示；
集控PLC基于实时反馈的设备状态信息判断指定设备是否存在故障，若存在故障则先排查故障，并通过复位恢复正常；
集控PLC判定指定设备正常状态后将人机交互系统的对应设备的允许运行钥匙开关调整至允许状态；
操作人员通过人机交互系统输入针对指定设备的控制指令；
集控PLC基于现场设备反馈的状态信息和操作人员的控制逻辑判断后生成控制命令。
9.根据权利要求2所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：集控PLC对各设备的运行数据进行归档，并通过人机交互系统进行曲线画面的显示输出。
10.根据权利要求2所述的一种溜破系统及集控系统的远程控制系统，其特征在于：集控PLC对检测到的设备故障进行存档，并在检测到故障后收集故障设备的的运行状态和运行数据；并发送至人机交互系统用于显示作为维护人员故障原因分析的依据。
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