姚文魁

摘 要： 配煤可以改善煤質(zhì)、滿足客戶需求，擴(kuò)大銷售市場。在港口煤炭的存儲、運(yùn)輸過程中，配煤作業(yè)是不可或缺的。 將各種煤質(zhì)指標(biāo)不同的煤按一定的比例配成混合煤，可以滿足不同用戶的需求。由于港口煤炭配煤作業(yè)數(shù)量巨大，質(zhì)量要求較高，對港口的配煤設(shè)備設(shè)施要求很高。傳統(tǒng)配煤設(shè)備效率低，準(zhǔn)確性差，成本高，已經(jīng)被淘汰。以PLC自動控制技術(shù)為主體，結(jié)合煤質(zhì)檢驗技術(shù)、變頻控制技術(shù)及傳感器技術(shù)，構(gòu)建港口自動配煤系統(tǒng)，可以有效提高港口煤炭生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：港口 PLC；自動控制；配煤；應(yīng)用分析

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.PLC概述

PLC（可編程邏輯控制器）本質(zhì)上是一種專為工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用而設(shè)計的計算機(jī)，主要有電源模塊、CPU（中央處理單元）等，另外還包括一些具備豐富功能的模塊，如各種通信模塊和計數(shù)模塊。

PLC有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，使用靈活、通用性強(qiáng)。PLC可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的過程控制，尤其是近年來隨著PLC的進(jìn)一步發(fā)展，其程序處理能力越來越強(qiáng)大，功能模塊也多種多樣，可以很好地適應(yīng)各生產(chǎn)領(lǐng)域的需要；第二，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)繼電控制經(jīng)常會出現(xiàn)繼電器觸電接觸不良和線圈燒毀的故障，而PLC采用內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，可靠很高。在國內(nèi)實際應(yīng)用中，在產(chǎn)品正常使用環(huán)境下，大部分一線品牌的PLC都可以無故障運(yùn)行10年以上，部分PLC控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行20年以上。這是傳統(tǒng)電氣設(shè)備做不到的。由于其采用了各種軟、硬件抗干擾措施，可以在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境中取得較好的工作效果；第三，接口簡單。其輸入、輸出接口采用光電隔離，還可以進(jìn)行接口擴(kuò)展。在實際使用安裝中都易于操作。由于其采用內(nèi)部程序代替?zhèn)鹘y(tǒng)功能繼電器，大大減少了硬件電路的故障率，控制電路維護(hù)量很??；第四，維護(hù)方便。PLC各模塊都帶有指示燈，可準(zhǔn)確反映當(dāng)前各模塊工作狀態(tài)和故障，利于維護(hù)人員排除故障。第五，編程語言易學(xué)易用。隨著編程軟件的發(fā)展，編程軟件大部分都有了漢語版本，同時編程軟件也提供了越來越多的功能塊，供編程人員直接使用，編程變得越來越簡單易學(xué)。

2.港口PLC配煤系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

港口自動配煤系統(tǒng)一般采用分布式控制結(jié)構(gòu)，硬件部分由上位機(jī)（操作員站、工程師站/便攜式編程器、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏）和PLC（下位機(jī)）及現(xiàn)場設(shè)備（給煤機(jī)及其他傳感器等）3部分構(gòu)成。

（1）上位機(jī)：上位機(jī)本質(zhì)是一種操作人員可以直接發(fā)出命令的計算機(jī)。通過其安裝的上位監(jiān)控軟件向下位機(jī)（PLC）發(fā)出和接收下位機(jī)傳輸?shù)南嚓P(guān)信息。一般多采由兩臺冗余的操作站負(fù)責(zé)與系統(tǒng)的主PLC的CPU進(jìn)行通信，并將數(shù)據(jù)傳送到操作員站和工程師站。

（2）下位機(jī)（PLC）：一方面讀取現(xiàn)場設(shè)備各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后傳輸給上位機(jī)，另一方面接收并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)出的命令。以開灤碼頭為例，采用施耐德公司的Modicon系列的PLC，該控制器主要由CPS電源模塊、 CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊及一系列的開關(guān)量輸入輸出、模擬量輸入輸出模塊、高速計數(shù)模塊等組成。

（3）現(xiàn)場設(shè)備

給煤機(jī)多采用皮帶運(yùn)輸方式，其核心是一套皮帶稱重系統(tǒng)，主要由速度傳感器、壓力傳感器及控制儀表組成。其工作原理是測量皮帶運(yùn)動的速度和單位長度皮帶上承載的煤的重量，經(jīng)過運(yùn)算獲得給煤機(jī)的瞬時流量和累計流量?？刂苾x表將設(shè)定的煤流量和實際的煤流量經(jīng)過PID處理，自動調(diào)節(jié)給煤機(jī)皮帶運(yùn)行的速度，達(dá)到自動給煤的目的。

給煤機(jī)的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到稱重儀表，儀表與PLC進(jìn)行通信，將給煤機(jī)的瞬時流量、累計流量即時傳送到PLC。

變頻器可根據(jù)PLC的指令控制給煤機(jī)的給料速度，進(jìn)而控制配煤過程中各煤種比例。

（4）通信：上位機(jī)與PLC設(shè)于中央控制室，一般多采用工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行通信。PLC與現(xiàn)場設(shè)備及各種傳感器通過現(xiàn)場總線（（采用Modbus以及自由口通信協(xié)議）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.港口PLC配煤系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由HMI（人機(jī)交互界面）軟件和PLC程序軟件兩部分構(gòu)成。通過這兩個軟件，實現(xiàn)配煤系統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)流程控制，同時實時進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸及處理。PLC控制系統(tǒng)將處理好的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)再通過HMI（人機(jī)交互界面）軟件來顯示設(shè)備狀態(tài)、記錄數(shù)據(jù)，使操作員可以及時了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，做出正確的判斷和操作。操作員可以在中控室操作員站上實時監(jiān)測配煤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)需求，進(jìn)行配煤設(shè)備的選擇及參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)對配煤系統(tǒng)的人工干預(yù)。

HMI（人機(jī)交互界面）軟件：上位監(jiān)控軟件通過驅(qū)動程序與PLC通信，進(jìn)而實現(xiàn)過程監(jiān)控功能。我國使用廣泛的有美國intellution公司的IFIX組態(tài)軟件、德國西門子公司的WinCC及從國產(chǎn)的組態(tài)王等。這些自動化監(jiān)控組態(tài)軟件廣泛于冶金、電力、港口等各種工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中。其具有較強(qiáng)的功能性、安全性、通用性。

通過HMI軟件主要實現(xiàn)以下功能：第一，實時運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測。上位機(jī)軟件通過PLC可實時監(jiān)測到現(xiàn)場配煤設(shè)備的工作狀態(tài)及配煤各項指標(biāo)，采用豐富形象的圖形、功能靈活的報表的形式來顯示當(dāng)前系統(tǒng)配煤作業(yè)速率、設(shè)備工況和與配煤質(zhì)量變化等生產(chǎn)情況。第二，參數(shù)設(shè)置，操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)實際需要實現(xiàn)對配煤比例、配煤速率的參數(shù)設(shè)置，操作簡單易學(xué)。第三，電子簽名。通過設(shè)置不同級別的權(quán)限等級，實現(xiàn)對不同級別操作人員操作權(quán)限的管理。只有擁有相應(yīng)的權(quán)限，才能修改對應(yīng)權(quán)限的配煤參數(shù)。

PLC程序控制軟件：PLC編程軟件發(fā)展到今天，種類雖然多種多樣，但功能逐漸趨于一致。目前應(yīng)用較多的編程軟件主要具備以下功能：

（1）支持多種編程語言，如功能塊圖（FBD）等可適應(yīng)不同操作水平的編程人員使用。

（2）程序的可復(fù)制性。編程人員只要對具備某一功能的程序進(jìn)行一次編程，以后就可以無限次地對其進(jìn)行復(fù)制使用，節(jié)約了勞動力。

（3）強(qiáng)大的在線監(jiān)控功能，編程人員可在線實時監(jiān)控程序的實際運(yùn)行狀況，利于程序的檢測和故障的排除。

（4）支持搜索和注釋。編程人員可對程序進(jìn)行變量及其他內(nèi)容的搜索，同時可對編程序內(nèi)部任何位置放置注釋，極大地方便了編程人員的使用。

（5）不同層次的權(quán)限管理和密碼保護(hù)。既利于編程人員的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，也利于程序的穩(wěn)定運(yùn)行。

港口自動配煤系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：第一，能夠?qū)崿F(xiàn)配煤控制的自動配煤和人工手動配煤。自動配煤是系統(tǒng)能夠根據(jù)客戶需求自動計算出配煤參數(shù)并給出配煤策略，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運(yùn)行并達(dá)到所需的配煤比例。人工手動控制方式就是根據(jù)各給料機(jī)反映的各煤種的下料速度，通過手動來調(diào)節(jié)各給煤機(jī)的啟停及流量，人工調(diào)節(jié)配煤比例。第二，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的監(jiān)測、報警。系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測的范圍主要包括瞬時流量、即時煤質(zhì)指標(biāo)、給煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、變頻器參數(shù)、皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、煤倉料位狀態(tài)等。第三，實時過程控制。實現(xiàn)系統(tǒng)所屬設(shè)備的順序啟、停及參數(shù)采集，系統(tǒng)自動完成過程控制，必要時才需操作員手動操作調(diào)整。第四，設(shè)備故障報警及緊急停車保護(hù)。當(dāng)設(shè)備故障或超過預(yù)設(shè)定值時，根據(jù)程序設(shè)計，自動進(jìn)行聲光報警，在必要時，為保護(hù)設(shè)備和人身安全，可以自動緊急停車。

結(jié)語

隨著海運(yùn)的快速發(fā)展，對港口設(shè)備的生產(chǎn)效率要求會越來越高，采用自動化配煤控制系統(tǒng)是降低操作人員工作強(qiáng)度、提高港口工作效率的有效途徑。

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