PLC在港口自動配煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

姚文魁

摘 要： 配煤可以改善煤質(zhì)、滿足客戶需求，擴大銷售市場。在港口煤炭的存儲、運輸過程中，配煤作業(yè)是不可或缺的。 將各種煤質(zhì)指標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 文獻標識碼：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，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：第一，使用靈活、通用性強。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的進一步發(fā)展，其程序處理能力越來越強大，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。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，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都可以無故障運行10年以上，部分PLC控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行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，還可以進行接口擴展。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，控制電路維護量很??；第四，維護方便。PLC各模塊都帶有指示燈，可準確反映當前各模塊工作狀態(tài)和故障，利于維護人員排除故障。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（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）及現(xiàn)場設(shè)備（給煤機及其他傳感器等）3部分構(gòu)成。

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

（2）下位機（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，另一方面接收并執(zhí)行上位機發(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

給煤機多采用皮帶運輸方式，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動的速度和單位長度皮帶上承載的煤的重量，經(jīng)過運算獲得給煤機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)給煤機皮帶運行的速度，達到自動給煤的目的。

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

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

（4）通信：上位機與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)傳送給上位機再通過HMI（人機交互界面）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)的運行狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)需求，進行配煤設(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)域當中。其具有較強的功能性、安全性、通用性。

通過HMI軟件主要實現(xiàn)以下功能：第一，實時運行參數(shù)監(jiān)測。上位機軟件通過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，采用豐富形象的圖形、功能靈活的報表的形式來顯示當前系統(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行一次編程，以后就可以無限次地對其進行復(fù)制使用，節(jié)約了勞動力。

（3）強大的在線監(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。既利于編程人員的知識產(chǎn)權(quán)保護，也利于程序的穩(wěn)定運行。

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)的自動運行并達到所需的配煤比例。人工手動控制方式就是根據(jù)各給料機反映的各煤種的下料速度，通過手動來調(diào)節(jié)各給煤機的啟停及流量，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、給煤機的運行狀態(tài)、變頻器參數(shù)、皮帶機運行狀態(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。當設(shè)備故障或超過預(yù)設(shè)定值時，根據(jù)程序設(shè)計，自動進行聲光報警，在必要時，為保護設(shè)備和人身安全，可以自動緊急停車。

結(jié)語

隨著海運的快速發(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度、提高港口工作效率的有效途徑。

參考文獻

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