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系统数据流分析

设计文件

机械化顶装炼焦炉废气污染物无组织

排放量实时控制系统

系统数据流分析

山西辰利自动化工程有限公司

2007年3月

1引言1

1.1编写目的1

1.2编写依据1

2现场原始信息的处理1

2.1测试部分原始信息1

2.1.1颗粒物浓度2

2.1.2SO2浓度4

2.1.3H2S浓度5

2.1.4炉门泄漏状态6

2.1.5治理设施开停信息7

2.1.6摄像机图像8

2.1.7光照度8

2.1.8风速8

2.1.9风向8

2.2控制部分数据流10

2.2.1HPLC原始控制信号10

2.2.2CPLC原始控制信号12

2.2.3ZPLC原始控制信号13

2.2.4MPLC原始控制信号14

3现场控制信息的生成14

3.1CPLC控制信息14

3.1.1开机14

3.1.2停机15

3.1.3启动15

3.1.4停止15

3.1.5下风向阀门号16

3.1.6标定指令16

3.1.7CPLC对测试过程的控制16

3.2ZPLC控制信息17

3.2.1开机17

3.2.2停机17

3.2.3启动18

3.2.4停止18

3.2.5下风向阀门号18

3.2.6标定指令18

3.2.7ZPLC对测试过程的控制19

3.3HPLC控制信息19

3.3.1开机19

3.3.2停机20

3.3.3启动20

3.3.4停止20

3.3.5待测炭化室号20

3.3.6下风向点的测试21

3.3.7HPLC对测试过程的控制21

3.3.8摄像机控制22

4系统故障告警的处理22

4.1出焦时连续监测系统故障告警（CPLC）22

4.1.1移动机房温度越限（JFWDYX）22

4.1.2出焦检测总阀门出错（CDCF9SL）23

4.1.3出焦检测下风向阀门出错（CDCFiSL）24

4.1.4CLL1测量值超出正常值范围（CLL1YX）24

4.1.5CLL2测量值超出正常值范围（CLL2YX）25

4.1.6CLL1和CLL2差值越限（CLLCZYX）25

4.1.7颗粒物测试仪开泵命令发不出（KBSL）26

4.1.8颗粒物检测仪前阀门CDCF7出错（CDCF7SL）26

4.1.9颗粒物检测仪采样命令发不出27

4.1.10颗粒物检测仪采不回数据27

4.1.11颗粒物检测仪采取回数据校验和错28

4.1.12颗粒物检测仪关泵命令发不出28

4.1.13位计数器错（区间）29

4.1.14激光测距仪传感器错误30

4.1.15预处理气体温（湿）度越限30

4.1.16零点（量程）标定气体压力不足31

4.1.17主电源故障31

4.2装煤时连续监测系统故障告警（ZPLC）32

4.2.1移动机房温度越限（JFWDYX）32

4.2.2出焦检测总阀门出错（ZDCF15SL）33

4.2.3出焦检测下风向阀门出错（ZDCFiSL）33

4.2.4ZLL1测量值超出正常值范围（ZLL1YX）34

4.2.5ZLL2测量值超出正常值范围（ZLL2YX）34

4.2.6ZLL1和ZLL2差值越限（ZLLCZYX）35

4.2.7颗粒物测试仪开泵命令发不出（KBSL）35

4.2.8颗粒物检测仪前阀门CDCF7出错（CDCF7SL）36

4.2.9颗粒物检测仪采样命令发不出36

4.2.10颗粒物检测仪采不回数据37

4.2.11颗粒物检测仪采取回数据校验和错37

4.2.12颗粒物检测仪关泵命令发不出38

4.2.13预处理气体温（湿）度越限38

4.2.14零点（量程）标定气体压力不足39

4.2.15主电源故障40

4.3炉顶连续监测系统故障告警（HPLC）40

4.3.1移动机房温度越限（JFWDYX）40

4.3.2变频器故障（BPQGZ）41

4.3.3颗粒物测试仪开泵命令发不出（KBSL）41

4.3.4颗粒物检测仪采样命令发不出42

4.3.5颗粒物检测仪采不回数据42

4.3.6颗粒物检测仪采取回数据校验和错43

4.3.7颗粒物检测仪关泵命令发不出43

4.3.8位计数器错（区间）44

4.3.9本次测试失败（机柜外温度超限）44

4.3.10升降机上升（下降）故障45

4.3.11主电源故障45

4.4炉门小炉门连续监测系统故障告警（MPLC）46

4.4.1移动机房温度越限（JFWDYX）46

4.4.2温度表示值越限46

4.4.3微压空气压力超限47

4.4.4主电源故障47

1引言

1.1编写目的

在进一步理清整个系统运行流程的基础上，编写此文档。

目的在于清楚地分析整个系统的数据流向及对数据的相关处理，为下一步编写中控工作站开发指南做基础，文档的目标读者为系统开发人员。

1.2编写依据

2月底至三月的多次讨论会；

《系统及中控工作站功能（CLHBJL03000000）》

《通信内容及通信协议（CLHBJL13000000）》

2现场原始信息的处理

现场原始信息指的是，系统中从现场智能仪表、测试传感器、信号采样电路、磁性位置开关等得到的数据或触发信号，具体有测试数据流和控制数据流两类。

2.1测试部分原始信息

首先我们将各PLC的编号定义如下：

机侧、炭化室小号一侧的滑行车PLC定义为HPLC1；

焦侧、炭化室小号一侧的滑行车PLC定义为HPLC2；

机侧、炭化室大号一侧的滑行车PLC定义为HPLC3；

焦侧、炭化室大号一侧的滑行车PLC定义为HPLC4；

炭化室小号一侧拦焦车PLC定义为CPLC1；

炭化室大号一侧拦焦车PLC定义为CPLC2；

炭化室小号一侧装煤车PLC定义为ZPLC1；

炭化室大号一侧装煤车PLC定义为ZPLC2；

炉门PLC只有一台为MPLC。

测试部分信息流列表（表2.1.1）

PLC

原始信息

CPLC1

CPLC2

ZPLC1

ZPLC2

HPLC1

HPLC2

HPLC3

HPLC4

MPLC

颗粒物浓度

√

SO2浓度

√

H2S浓度

√

炉门泄漏状态

√

治理设施开停信息

√

摄像机图像

√

光照度

√

风向

√

风速

√

其中摄像机图像是通过视频服务器传到图像处理服务器，但由于摄像子系统架设在2＃滑行车和4＃滑行车上面，同时对摄像补光的控制也由HPLC2和HPLC4执行，所以在这里将图像数据放在这两个PLC上。

2.1.1颗粒物浓度

1＃滑行车颗粒物浓度数据，由1＃滑行车颗粒物测试仪经RS232接口，通过颗粒物测试仪串口通讯协议传送到HPLC1，在该通讯协议中，测试数据用6个字节来表示：

35H，6X6XH，38H，6X6XH，6X6XH，6X6XH，6X6XH5FH

头，地址，瞬时采样，CPMH，CPML，量程，校验和，尾

分别是CPMH、CPML、量程各两个字节。

CPMH表示颗粒物浓度数据高位字节，CPML表示低位字节。

6X6XH中的6为标志位，HPLC1在收到此信息后，先将6X6XH转换为XXH的形式，将此6个字节的数据转换为3个字节。

然后用系统通信协议打包为上传通信指令发送到通信控制服务器，通信控制服务器将此指令转发到数据控制服务器，数据控制服务器将浓度数据和量程分别转换为十进制数据，并根据量程计算出最终颗粒物浓度（量程为1时浓度数据乘以0.001确定小数点位置，为10时乘以0.01确定小数点位置）做显示打印处理，并转储到数据库服务器。

用数据流图表示如下：

HPLC2～HPLC4、CPLC1、CPLC2、ZPLC1、ZPLC2等各PLC对颗粒物浓度数据的处理同HPLC1。

只是各PLC在通过系统通信协议进行打包时，指令中的系统编码及设备编码有所不同。

2.1.2SO2浓度

1＃拦焦车SO2浓度数据由1＃拦焦车SO2检测仪输出4～20mA电流通过模拟量输入模块输入CPLC1，在CPLC1中经模数转换，转换为两个字节长度的十六进制数0000H～FFFFH，并将浓度值按系统通信协议打包为上传通信指令发送到通信控制服务器，通信控制服务器将此指令转发到数据控制服务器，数据控制服务器将浓度数据从十六进制转换为十进制数，做显示打印等相关处理，并转储到数据库服务器。

用数据流图表示如下：

CPLC2对SO2浓度数据的处理同CPLC1，只是在打包上传指令时，指令中的设备编码有所不同。

2.1.3H2S浓度

1＃装煤车H2S浓度数据由1＃装煤车H2S检测仪输出4～20mA电流通过模拟量输入模块输入ZPLC1，在ZPLC1中经模数转换，转换为两个字节长度的十六进制数0000H～FFFFH，并将此值按系统通信协议打包为上传通信指令发送到通信控制服务器，通信控制服务器将此指令转发到数据控制服务器，数据控制服务器将浓度数据从十六进制转换为十进制数，做显示打印等相关处理，并转储到数据库服务器。

用数据流图表示如下：

ZPLC2对H2S浓度数据的处理同ZPLC1，只是在打包上传指令时，指令中的设备编码有所不同。

2.1.4炉门泄漏状态

炉门泄漏状态，由炉门烟气泄漏光电检测系统中的机侧炉门检测装置和机侧比较装置、焦侧炉门检测装置和焦侧比较装置，分别输出四个电阻值，经MPLC的温度输入模块输入MPLC，分别转换为四个温度值。

机侧炉门测量值-机侧比较值＝机侧差值

焦侧炉门测量值-焦侧比较值＝焦侧差值

将这两个差值分别按通信协议打包并上传到通信控制服务器，通信控制服务器将差值转发到数据控制服务器，数据控制服务器根据系统中设定好的阈值做出是否泄漏的判断，做显示打印等操作并转储到数据库服务器。

数据流图如下：

2.1.5治理设施开停信息

治理设施运行的监测，暂定为三套。

原始信息的采集用电流互感器对三套治理设施的三相电流进行监测，共有3×3，9个4～20mA模拟量输入到MPLC，

MPLC每隔1分钟对这9个模拟量采样一次，并和设定的一个空载值进行比较，确定治理设施的运行状态，将此状态和该设施上次检测到的运行状态进行比较，在治理设施开停状态发生变化时（如由运行转为停止或由停止转为运行时），将新的状态按通信协议向通信控制服务器上传，通信控制服务器将信息转发到数据控制服务器，数据控制服务器进行显示打印等相关操作并转储到数据库服务器。

数据流图如下：

2.1.6摄像机图像

摄像机图像由摄像头采集，以PAL制式输入视频服务器，经视频服务器MPG4压缩后，通过无线网桥传送到图像处理服务器，图像处理服务器对视频流进行解码，并以1秒10帧的速度进行抓图保存，共进行5秒，然后对抓到的图像进行分析处理，判断得出该点是否泄漏的结论，并将结果送数据控制服务器，数据控制服务器进行显示，打印等操作并转储到数据库服务器。

2.1.7光照度

HPLC2照度计输出4～20mA电流，量程0～20000LUX。

2#滑行车定位成功后，照度计4～20mA电流通过模入模块输入HPLC2，HPLC2模数转换为0000H～FFFFH，并做判断，如低于指定光照度（梁恒提供），则HPLC2开启补光灯并再次取光照度值。

将光照度值按通信协议打包并上传通信控制服务器，通信控制服务器将光照度值转发到图像处理服务器，图像处理服务器将光照度值转化为十进制数据，并根据光照度值对摄像头快门进行调整，并进行拍摄工作，拍摄完成后，图像处理服务器通过通信控制服务器向HPLC2发摄像完毕指令，HPLC2如开启了补光灯则关闭补光灯。

HPLC4对光照度数据处理同HPLC2。

2.1.8风速

风速仪输出4～20mA电流，量程0～40米／秒。

风速仪4～20mA电流通过模入模块输入MPLC，MPLC模数转换为0000H～FFFFH，并将风速值按通信协议打包并上传通信控制服务器，通信控制服务器将风速值转换为十进制数据。

2.1.9风向

风向仪输出4～20mA电流，量程0～360°。

风向仪4～20mA电流通过模入模块输入MPLC，MPLC模数转换为0000H～FFFFH，并将风速值按通信协议打包并上传通信控制服务器，通信控制服务器根据通信协议解析并将风向参数转换为十进制值。

风速和风向：

系统中根据风速是否超速设置系统运行状态标志，运行状态为1时，说明风速正常，系统正常运行；运行状态为0时，说明风速超速，系统停止运行。

CPLC（ZPLC）在开始测试前（CPLC导焦栅信号触发、ZPLC加煤信号触发），向通信控制服务器要下风向阀门号，通信控制服务器在收到指令后，向MPLC要风速、风向参数，在收到MPLC上传的风速风向参数后，通信控制服务器根据拦焦车采样阀门和风向对照表、装煤车采样阀门和风向对照表，查得拦焦车下风向阀门号和装煤车下风向阀门号，并下传给CPLC（ZPLC）。

同时通信控制服务器对风速进行判断（系统中设置最大风速值），如在正常范围，则不做处理；如大于指定风速则每隔1分钟向MPLC要一个风速值，如连续三次（包括第一次）得到的风速均超速，则通信控制服务器向运行中的各PLC发送停止运行命令（不包括MPLC），并置系统运行态为0。

在风速超速停机后，通信控制服务器每1分钟向MPLC要一个风速值，如连续三次得到的风速值都低于设定风速值，则向各PLC发送启动命令,同时置运行态为1。

2.2控制部分数据流

控制部分信息流列表（表2.2.1）

PLC

控制信息

CPLC

ZPLC

HPLC

MPLC

位置信号

装煤开始信号

位置信号

主电源故障

复位信号1

流量计1ZLL1

复位信号

微压空气压力

复位信号2

流量计2ZLL2

限位信号

导焦栅信号

机房温度

总站信号

出焦温度信号

主电源故障

变频器故障

正反转信号

预处理气体温度

主电源故障

测距仪距离

预处理气体湿度

机柜内温度

流量计1CLL1

零气压力

机柜外温度

流量计2CLL2

标气压力

升降机上限位

机房温度

升降机下限位

主电源故障

预处理气体温度

预处理气体湿度

零气压力

标气压力

其中：

CPLC包括CPLC1、CPLC2；ZPLC包括ZPLC1、ZPLC2；HPLC包括HPLC1～HPLC4

2.2.1HPLC原始控制信号

位置信号：

正转运行时，位置信号每触发一次，位置计数器+1；反转运行时，位置信号每触发一次，位置计数器-1。

位置计数器用来显示滑行车现在所处位置。

复位信号：

复位信号用来对位置计数器进行校验，如出现错误，向上位机上报告正（反）转位计数器错及错误区间，同时将位置计数器复位为正确值。

位置信号和复位信号一起用来维护HPLC中位计数器的正常工作。

通过位计数器显示当前滑行车位置（炭化室顺序号）。

限位信号：

限位开关设置在滑行轨道末端，HPLC遇限位信号，强制反转运行，保证滑行车运行时不会超过极限位置。

总站信号：

HPLC停机时，遇总站信号，停车。

机柜外温度：

机柜外安装温度传感器，滑行车定位成功后，定时采样机柜外温度（暂定采样周期为1分钟），和HPLC程序中设定限值做比较，如机柜外温度<限值，则正常工作，如机柜外温度>限值，停止升降机下降，并上升至原位。

将滑行车左或右移5个炭化室，并向上位机报告“本次测试失败”（新增故障告警）。

机柜内温度：

机柜内安装温度传感器，定时采样机柜内温度机（暂定采样周期为1分钟），和PLC程序中机柜内温度设定限值做比较，温度正常则正常工作，如温度不正常滑行车回总站，并上报故障“机柜内温度越限”。

变频器故障信号：

HPLC遇变频器故障信号，首先将变频器复位三次，如复位三次内恢复正常，则继续工作；若仍不正常，上报故障告警“变频器故障”。

主电源故障：

UPS外电电路上设断电信号提取电路，在外电断电且在一定时间内未能恢复供电时，HPLC向上位机上报故障告警“主电源故障”（新增故障告警）。

升降机上限位信号：

升降机上限位信号，用来限定升降机上升的极限位置。

如HPLC发出上升命令，在一定时间（由王海林提供）内未收到升降机上限位信号，说明升降机上升出现故障，HPLC向上位机上报“升降机上升故障”（新增故障告警）。

升降机下限位信号：

升降机下限位信号，用来限定升降机下降的极限位置。

如HPLC发出下降命令，在一定时间（由王海林提供）内未收到升降机下限位信号，说明升降机下降出现故障，HPLC向上位机上报“升降机下降故障”（新增故障告警）。

2.2.2CPLC原始控制信号

位置信号：

正转时，位置信号每触发一次，位置计数器+1；反转运行时，位置信号每触发一次，位置计数器-1。

位置计数器用来显示拦焦车现在所处位置。

正反转信号：

确定拦焦车运行方向。

复位信号1：

复位信号用来对位置计数器进行校验，如出现错误，向上位机上报告正（反）转位计数器错及错误区间，同时将位置计数器复位为正确值。

复位信号2：

由于复位开关分布在100多米的长度上，所以设置复位信号2用来对位置计数器和复位计数器进行校验，如出现位计数器错误，则将位计数器复位为正确值并向上位机上报“正（反）转位计数器错（11、12）”；如出现复位计数器错误将复位计数器复位为正确值，并向上位机上报“正（反）转位计数器错（13、14）”。

前面三个信号一起工作用来维护CPLC中位置计数器正常工作，以确定拦焦车定位号（炭化室顺序号），在收到出焦温度信号时，将定位号（炭化室顺序号）按通信协议打包，上传到通信控制服务器。

测距仪距离：

4～20mA电流模拟量。

测距仪4～20mA电流通过模入模块输入CPLC，CPLC模数转换为0000H～FFFFH，按通信协议打包并上传到通信控制服务器，通信控制服务器解析出距离并转换成十进制数据，根据距离计算出炭化室顺序号。

计算方法为：

首先判断距离值是否大于（反光板预留距离+50×1.143＋加煤楼宽度）

如小于此值则计算公式为：

炭化室顺序号＝（测量距离-反光板预留距离）÷炭化室孔距（1.143）

如大于此值则计算公式为：

炭化室顺序号＝（测量距离-反光板预留距离-加煤楼宽度）÷炭化室孔距（1.143）

在通信控制服务器收到定位号及测距仪距离后，要判断出焦炭化室顺序号，判断时以激光测距仪距离计算出的顺序号为主，结合定位号，如二者不同再参考出焦工艺表中炭化室号，以相同序号为准，如三都皆不相同，以测距仪距离算得的序号为准。

导焦栅信号：

准备出焦的信号，CPLC收到此信号，向通信控制服务器发指令要下风向阀门号。

出焦温度信号：

为出焦开始信号，CPLC收到此信号，将定位号和激光测距仪距离上报上位机，同时开始测试过程。

流量计1CLL1：

CPLC内部程序校验用（判断电磁阀错误），如流量计超过正常范围则出错上报故障。

流量计2CLL2：

和CLL1互为校验，确保流量判断的准确。

机房温度：

机房内安装温度传感器，定时采样机房内温度（暂定采样周期为1分钟），和PLC程序中机柜内温度设定限值做比较，温度正常则正常工作，如温度不正常上报故障“机房内温度越限”。

主电源故障：

UPS外电电路上设断电信号提取电路，在外电断电且在一定时间内未能恢复供电时，HPLC向上位机上报故障告警“主电源故障”。

预处理气体温（湿）度：

在气体预处理装置后端加装温（湿）度传感器，并将温（湿）度通过模入模块输入CPLC，由CPLC判断预处理后气体的温（湿）度，如温（湿）度超出指定范围（CPLC程序中设定温（湿）度上下限）则上报“预处理气体温（湿）度越限”。

（新增故障告警）

零（标）气压力：

在零（标）气管道上加装压力开关，当零（标）气压力低于设定值时（在压力开关上设定），向CPLC输入一个开关量，CPLC向上位机上报故障“零（标）气压力不足”。

（新增故障告警）

2.2.3ZPLC原始控制信号

装煤开始信号：

装煤开始的信号，ZPLC收到此信号，向通信控制服务器发指令要下风向阀门号。

在收到通信控制服务器下传的下风向阀门号后，开始测试工作。

流量计1ZLL1：

ZPLC内部程序校验用（判断电磁阀错误），如流量计超过正常范围则出错上报故障。

流量计2ZLL2：

和ZLL1互为校验，确保流量判断的准确。

机房温度：

主电源故障：

UPS外电电路上设断电信号提取电路，在外电断电且在一定时间内未能恢复供电时，HPLC向上位机上报故障告警“主电源故障”。

预处理气体温（湿）度：

在气体预处理装置后端加装温（湿）度传感器，并将温（湿）度通过模入模块输入ZPLC，由ZPLC判断预处理后气体的温（湿）度，如温（湿）度超出指定范围（ZPLC程序中设定温（湿）度上下限）则上报“预处理气体温（湿）度越限”。

零（标）气压力：

在零（标）气管道上加装压力开关，当零（标）气压力低于设定值时（在压力开关上设定），向ZPLC输入一个开关量，ZPLC向上位机上报故障“零（标）气压力不足”。

2.2.4MPLC原始控制信号

主电源故障：

UPS外电电路上设断电信号提取电路，在外电断电且在一定时间内未能恢复供电时，MPLC向上位机上报故障告警“主电源故障”。

微压空气压力：

炉门感烟传感器上需要微压空气保证其在焦炉现场恶劣环境中长期稳定的工作，按机焦两侧，装煤楼两边分为四个区，在各区微压空气管路末端安装压力开关，当其压力值小于某值时（王海林提供），向MPLC输入一个开关量，MPLC向上位机上报故障“微压空气压力超限”

3现场控制信息的生成

现场控制信息包括上位机通过通信指令下传到各PLC的控制指令，及各PLC在工作过程中对各智能仪表、执行机构发送的控制信号。

3.1CPLC控制信息

3.1.1开机

CPLC程序中设置一个运行状态标志，运行态为1时，CPLC正常运行；运行态为0时，CPLC程序处于停止状态，循环等待上位机启动指令。

拦焦车上电时，CPLC同时上电，程序开始运行，CPLC首先向通信控制服务器发送开机请求命令，通信控制服务器在收到命令后，判断系统运行态是否为1（风速是否超速），同时判断该CPLC是否处于故障状态，如运行态为1且该CPLC未处于故障状态则向CPLC发启动命令，CPLC置运行态为1,开始运行；如系统运行态为0或该CPLC处于故障状态，则向CPLC发停止命令，CPLC置运行态为0,处于循环状态等待上位机启动命令。

CPLC检测到致命故障后，在程序中执行STOP指令，CPLC会置于STOP状态，在对故障检

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