基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计.docx
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基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计
中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名：
学号：
学院：
专业：
设计题目：
基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计
专题：
指导教师：
职称：
2010年6月
中国矿业大学毕业设计任务书
毕业设计题目：
基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
对选煤厂跳汰机进行组态和监控，熟悉选煤厂跳汰机工作原理、熟悉组态软件的原理使用方法、制作开发基于InTouch的选煤厂跳汰机监控系统设计界面.
院长签字：
指导教师签字：
中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
指导教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
评阅教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩：
答辩委员会主任签字：
年月日
学院领导小组综合评定成绩：
学院领导小组负责人：
年月日
摘要
基于InTouch的跳汰机监控系统是基于InTouch组态软件基础上，通过图形组态设计的一个小型DCS系统。
该系统依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等，将洗煤厂跳汰机管理、监视等功能集为一体，称为一个小型分布式监控系统。
本论文针洗煤厂跳汰机运行的原理和工艺要求，进行了监控软件的方案设计，并使用组态软件InTouch制作了监控画面。
论文给出了监控系统界面开发的具体步骤与制作的基本过程，对软件的图形界面开发制作方法、实现方法等方面进行了详细分析。
跳汰机自动监控系统实现了洗煤厂跳汰机系统的远程监控，通过对跳汰机的组态监控实现了生产管理的实时性，对生产过程监控的可溯性，将跳汰机的现场管理提高到一个新的层次。
关键词：
组态软件；洗煤厂；跳汰机；InTouch
ABSTRACT
BasedonthejigInTouchmonitoringsystemisbasedonthebasisofInTouchconfigurationsoftwareconfigurationdesign,throughthegraphicsofasmallDCSsystem.Thissystembycomputertechnology,networktechnologyandmoderncontroltechnologyandthegraphicdisplaytechnology,etc,willjigmanagementandmonitoringfunctionsforanorganicwhole,calledasmalldistributedcontrolsystem.
Thisthesisneedlejigchancedoneprincipleandtechnologicalrequirements,themonitoringsoftwaredesign,andusingconfigurationsoftwareInTouchmademonitorscreen.Thepapergivesthemonitorsysteminterfacedevelopmentwiththebasicstepsofsoftwareprocess,thegraphicalinterfacedevelopmentmethod,alarmfunctionmethodareanalyzedindetail.
Automaticmonitoringsystemjigrealizedtheremotemonitoringsystemofjig,throughtheconfigurationoftheproductionandmanagementofmonitorrealizationofreal-timemonitoringofproductionprocess,andcanbetracedtojig,thesitemanagementtoanewlevel。
Keywords:
configuration；software；coalpreparationplant；InTouch
第一章绪论
煤炭在生产过程中会混入各种矿物和杂质，在开采和运输过程中不可避免地混入顶板和底板的矸石以及其它杂质，如木材、金属及水泥构件等。
在现代化的生产过程中随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤的灰份等影响煤炭质量的成分含量也在增加，主要表现在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增长、水分提高。
为了降低原煤中的杂质，同时把煤炭按质量、规格分成各种产品，就要对煤炭进行机械加工分类，这就是选煤过程。
通过选煤过程能够有效、合理地利用煤炭资源，大大降低燃煤对大气的污染，保证国民经济的持续健康发展。
煤炭进行洗选过程是当前正在大力发展的绿色低炭、低能耗工业的重要环节。
现代选煤的方法主要有跳汰选煤、重介质选煤和浮选选煤三种。
有关数据显示在我国各种选煤方法的比例为：
跳汰选煤约59%，重介选煤约23%，浮选选煤4%，其它选煤占4%。
，由于重介设备耐磨损大、介质损耗大，尽管近几年来，我国重介选煤有上升的趋势，跳汰选煤工艺仍占据主导地位。
跳汰选煤工艺过程是一个多因素、多参数、复杂的物理过程。
操作者通过调整跳汰机各工艺参数，使跳汰机的工作状况达到最佳状态。
跳汰机的分选效果与各调节参数之间不是一一对应关系。
影响跳汰机工艺指标的主要参数有：
（1）给煤量大小；
（2）跳汰频率和跳汰周期；
（3）床层高度；
（4）排料量大小；
（5）总风量和总水量大小；
（6）床层松散度和入料粒度等
如此多参数的相互影响，给跳汰机操作者的操作带来了一定难度，很难发挥出跳汰机的最大、最佳分选能力。
由于跳汰机的调节参数比较多，且各参数之间又相互影响，因而在生产过程中，调节不同的参数使跳汰机达到工作状态最佳是一个复杂的问题。
这样要实现高效率的生产就掺入了工人的操作因素，显然这样就给现代生产的管理带来了不便。
怎样通过提高管理水平和方法来提高生产效率和产品质量以及经济效益，现代信息和互联网技术的快速度发展给选煤行业的现场管理带来了新的机遇。
第二章组态软件
组态的英文表示是“Configuration”，简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。
在组态软件的概念出现以前，在工业控制中一般都采用纯粹编程方式，使用ASIC、C、FORTRAN等语言实现一些控制逻辑和控制算法，使用这种方式工作量太大，开发周期长，而且对于每个项目基本上都要重新编写程序，应用很不方便，组态软件就就在这种环境下产生了。
80年代的组态软件是基于DOS系统开发，当时主要产品是Onspec、Paragon和IFix等。
在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及，究其原因有以下几点：
（1）在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格很高的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。
（2）国内用户缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，也不采用组态软件。
（3）国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。
所以组态软件的高门槛应用直接制约了组态软件在我过的发展。
目前，国内外生产厂商对系统控制策略组态软件的设计开发还主要集中在PLC系统和DCS系统上，FCS系统只占相当小的一部分。
这种情况主要原因是目前的过程控制系统仍然以PLC和DCS为主体，FCS仅仅作为现场级的数字化的全分布式控制体系而存在，在过程级以上的高层次的协调调度和管理上仍然需要DCS、MIS系统来完成。
同时，为FCS系统所开发的上位策略组态软件所针对的系统主要还是采用基金会现场总线技术。
基于FCS的控制系统将控制功能完全分布到底层的现场设备，实现了完全意义上的分布式控制，在体系结构上与传统的DCS有着质的差别。
将逻辑组态中的各功能块分布到物理分散的各个现场设备中去执行，同时要实现各设备中不同功能块间的连接与通信，这与传统的由单处理器执行所有控制行为具有相当大的区别，而且在实现上也有更大的难度。
目前在功能块图编程的标准化方面，还有待于IEC61499和IEC61804的正式颁布和推广使用。
相应于FCS系统的上位策略组态软件的开发目前还很少，例如，目前还没有面向基于WorldFIP协议的FCS的控制策略组态软件。
由此可见，在PLC、DCS系统控制策略组态软件占据主流地位的同时，对FCS系统控制策略组态软件的研制开发则有着巨大的潜力，在理论和实践上都有着非常现实和积极的意义。
2.1组态软件的主要功能
2.1.1数据采集的方式
大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。
然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。
由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的COM/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。
在支持OPC的系统中，数据的服务者作为服务器，数据申请者作为客户端，服务器和客户端之间通过DCOM接口进行通信，而无需知道对方内部实现的细节。
由于COM技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同的厂商提供，在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部功能，而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。
同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统提供数据。
OPC现在已经得到了国外知名厂商的支持。
随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。
2.1.2脚本的功能
脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。
因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。
具体的实现方式可分为三种：
一是内置的类C/Basic语言；
二是采用微软的VBA的编程语言；
三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。
类C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。
微软的VBA是一种相对完备的开发环境，采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，把组态系统中的对象以组件方式实现，使用VBA的程序对这些对象进行访问。
由于VisualBasic是解释执行的，所以VBA程序的一些语法错误可能到执行时才能发现。
而面向对象的脚本语言提供了对象访问机制，地系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问，比较容易学习、掌握和扩展，但实现比较复杂。
2.1.3组态环境的可扩展性
可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，想系统内增加新功能的能力，这种新功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。
增加功能字常用的手段是ActiveX组件的应用，组态软件能体统完备的ActiveX组件引入功能及发现引入对象在脚本语言中的访问。
2.1.4组态软件的开放性
随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。
在生产制造过程中，需要对现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。
现有的组态软件对这些方面的需求还只能以报表的形式提供，或者通过ODBC将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才能实现。
随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必须更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。
（1）对互联网的支持程度
现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。
互联网将是实现分布式生产的基础。
（2）组态软件的控制功能
随着以工业PC为核心的自动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件PLC、先进过程控制策略等。
随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应需求，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。
先进过程控制是指一类在动态环境中，基于模型，充分借助计算机能力，为工厂获得最大理论而实施的运行和控制策略。
先进控制策略主要有：
双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制、软测量技术及智能控制（专家系统、模糊控制和神经网络控制）等，尤其是智能控制已成为开发和应用的热点。
目前，国内许多大企业纷纷投资，在装置自动化系统中实施先进控制。
国外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工厂软件包。
2.2市场上主流的组态软件主要有：
Wonderware公司——Intouch
E-FANUC公司——Ifix
西门子公司——WINCC
悉亚特公司——Citect（施耐德旗下）
dAstrA——TraceMODE
roadWin——WebAccess（研华旗下）
国内品牌
亚控科技——组态王kingview
力控科技——力控软件
紫金桥公司——紫金桥软件Realinfo
昆仑通态——MCGS
世纪星——世纪星
杰控公司——FameView
九思易公司——易控
华富惠通——controX（开物）
创联天工——天工
2.3组态软件与DCS
DCS产生与1975年，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。
总的来看，系统采用了Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。
控制器相对来讲变化要小一些。
操作站主要表现在由专用机变化到通用机.
一个DCS系统可以应用于各种行业，DCS系统包括三大部分：
1、I/O部件的控制器
2、通讯网络
3、人机接口
人机接口包括操作站、工程师站和历史站。
控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。
操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。
DCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用（Utility）功能。
目前大多数DCS操作站已采用高档PC机或工控机，Windows操作系统，客户机/服务器（C/S）结构，DDE（动态数据交换）或OPC（用于过程控制对象链接嵌入）接口技术，以太网接口与管理网络相连。
采用通用监控图形软件。
监控软件就是IFix、InTouch.不同DCS型号采用不同的驱动软件。
各种DCS之间信号传输采用OPC服务器联接，也可以把少量的信号送到MIS系统的服务器中。
IFix、InTouch等软件都能存储历史数据，几十个信号可存储280天之多。
一个DCS系统可以有好几台操作站，每一台操作站可以显示一样的内容，也可以是不一样的内容。
由于网络技术的高速发展，人机界面的数量可以不限。
操作站分为主站和从站。
主站连在DCS网络上。
通过DCS网络接口，直接从DCS网络上读取控制器数据库中的数据。
主站的数量是由接口的数量决定的。
从站则与主站相连。
它没有数据库，在显示流程图画面时，由主站显示完整的工艺画面，而从站就显示主站的工艺画面。
从站的数量是不限的。
不论是主站，还是从站，都用后门网络连接起来。
系统维护时，各操作站之间可作文本拷贝。
系统运行时，即使其中一台主操作站发生故障，它的从站可作为另一台主站的从站。
在网络中，接进打印服务器，服务器有许多通道，几台操作站共用一台或几台打印机。
连接主站和从站的这个网络与DCS网络没有关系。
在操作站作标签组态时，是否要把重要的I/O点重叠组态要由用户确定。
采用通用操作站以后，系统就成为开放的，各主站和各从站之间用以太网连接，从站的数量不限。
为了提高后门网络的可靠性，以太网的低廉，通常采用双网。
可以实现远程操作。
通用监控软件有许多厂商开发，在90年代，有如Fix、InTouch、PARAGON、ONSPEC、CIMPLICITY等100多种。
国内有组态王、SYNALL等。
对于监控软件如果开发了许多DCS和PLC的驱动软件，在联网时有许多网络套件，它就成为通用监控软件。
其中驱动软件最多的是FIX和INTOUCH。
在NT平台上，如果采用FIX、INTOUCH等软件，彼此可作为服务器，也可作为客户机，彼此可以交换数据。
目前操作站使用的组态软件最多的是IFIX、INTOUCH两大类型。
FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点。
新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。
FCS系统，90年代刚进入实用化，作为开发初期的技术要求：
兼容开放，双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前还不理想有待完善。
但FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。
虽然DCS应用广泛而且技术成熟可靠，但是长远看来FCS将取代DCS是一件必然的事情。
第三章InTouch组态软件
3.1InTouch组态软件
InTouch组态软件是美国Wonderware公司FactorySuite套装软件的一个主要组成部分，它为以工厂和操作人员为中心的制造信息系统提供了可视化工具，为制造信息系统集成了操作人员所需的各种信息，在食品加工、半导体、石油和天然气、汽车、化工、医药、纸浆和造纸、运输及公共设施等行业都有着广泛应用。
在组态软件的应用上美国InTouch组态软件的开发和应用非常成功，有数十万套InTouch系统在运行，实践证明该软件的可靠性和稳定性是非常高的。
3.2InTouch特性和优点
（1）开放、易用的开发环境。
利用目前通信技术中的现有标准，为应用开发人员提供了一个开放和易用的开发环境，并支持ActiveX、OPC（OLEforProcessControl）、开放数据库互连（ODBC）及标准的动态数据交换（DDE），为用户自行开发外挂程序提供接口。
（2）集成的I/O通信，只是使用DDE连接方式，实时性较差。
Wonderware公司与100多家第三方开发公司（包括Allen-Bradley，Siemens，Modincon等）合作，提供各种32位I/OServer，目前主流的通信协议（例如以太网Modbus、串口Modbus）都有现成的I/O通信驱动。
（3）丰富的图形用户界面。
作图功能完善，对被监控的点数和最大画面数都不受限制InTouch允许应用开发人员使用易于理解和配置的工具快速开发定制图形，并提供了一个常用图符库。
应用开发人员可以轻易地创建生动的图形界面，通过易用的配置向导实现实时信息的链接，并可调用内嵌的脚本编辑器扩展图形功能。
运行时画面切换的响应速度也是一般组态软件无法相比的。
（4）灵活的脚本支持。
InTouch软件的脚本分为画面、应用程序、键、条件、数据改变及QuickFunction等多种，采用类Basic的语法，并提供丰富、易用的脚本函数，适用于多种场合，为应用开发人员制作功能强大、画面丰富的系统提供了有力保障。
（5）分布式的历史数据系统，允许用户动态地为趋势图的每支笔指定不同的历史文件数据源，允许操作员在同一个趋势图中查看本地InTouch的历史数据和IndustrialSQLServer的历史数据。
（6）便捷的测点远程引用。
InTouch软件通过简易的向导配置，可实现不同节点上测点的远程引用，为建立分层分布式系统提供基础。
应用组态软件设计监控系统，可以实现可视化的界面，实现无人值守，提高劳动生产效率，实现高效节能。
现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。
我国的现代化建设正处于上升期，老旧设备信息化改造的改造、原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支撑。
随着经济发展水平的提升，工业的信息化发展将为组态软件带来更多的市场和发展机遇。
第四章跳汰机监控系统
4.1跳汰机的工作原理
4.1.1跳汰机选煤
跳汰选煤过程的实质是矿粒（煤、矸石及其他伴生矿物）在水力或风力作用下按各自的物理性质运动的过程。
根据跳汰机所采用的分选介质是水或者空气，可以分为水力跳汰机和风力跳汰机两大类。
在当前实际应用中，无论是选煤还是选矿，国内外应用最为普遍的是以水为介质的水力跳汰机；以空气作为介质的风力跳汰机由于分选效率较低，一般只用于干旱缺水地区.
跳汰机的工作水流运动包括两部分：
垂直升降的变速脉动水流和水平流。
垂直升降的变速脉动水流对颗粒按密度分层起主要作用，水平流对颗粒按密度分层也有影响，但主要作用是运输物料。
活塞跳汰机的脉动水流特性
如下图4-1：
活塞跳汰机工作原理
图4-1活塞跳汰机工作原理
（1）机体
（2）纵向隔板
（3）筛板（4）活塞（5）曲柄装置
纵向隔板将机体分成两个相互连通的部分———活塞间（B1）和跳汰间（B2），曲柄装置5是由偏心轮和连杆组成，以此驱动活塞作上下往复运动。
跳汰机工作时，机箱中充满水，当活塞向下运动时，水由活塞间被压向跳汰间产生上升水流；当曲柄装置转过最低点，活塞开始向上运动，水返回活塞间，在跳汰间产生下降水流。
活塞跳汰机偏心轮转动一周，水流在跳汰室中上下脉动一次。
跳汰机上下脉动一次完成一个跳汰周期。
活塞跳汰机内水流运动速度是一条正弦函数曲线，水流运动的加速度为余弦函数曲线。
如下图4-2：
图4-2活塞跳汰机内水流函数曲线
u水流速度
水流加速度s行程
u水流速度
水流加速度s行程有如下关系
1947年德国学者迈耶尔首先提出的跳汰能量理论，由物理学理论可知：
对一个系统来说稳定态的能量最低。
当系统中各组元间的约束较弱时，系统可自发从非稳定态向稳定态转移；当系统中各组元间的约束较强时，系统只有在外界力的作用下，才可能实现从非稳定态向稳定态的转移。
对跳汰床层系统，在未按密度分层时，床层系统重力势能较高。
在脉动水
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