智能控制系統(tǒng)在砂石骨料行業(yè)中的應(yīng)用

楊瑞華 孟松坡

摘 要：隨著國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的推進，一些鐵路、城軌交通、海綿城市、地下管廊等大型項目基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)任務(wù)已經(jīng)拉開序幕。在這些重點項目逐步推進和落地環(huán)境下，對砂石骨料的剛性需求日益增大，傳統(tǒng)的砂石骨料生產(chǎn)線已無法滿足目前市場的需求。隨著計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、智能化控制技術(shù)、集成化控制技術(shù)的發(fā)展，越來越多的砂石骨料生產(chǎn)線也引入了“自動化控制系統(tǒng)”“智能化控制系統(tǒng)”“集成化控制系統(tǒng)”“無人化控制系統(tǒng)”來服務(wù)生產(chǎn)線。實現(xiàn)了砂石骨料線的“快速”“安全”“穩(wěn)定”的生產(chǎn)要求；同時也實現(xiàn)了“綠色礦山”“和諧礦區(qū)建設(shè)”的要求。文章詳細分析了智能控制系統(tǒng)在砂石骨料行業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能；骨料；自動化控制

1 早期砂石生產(chǎn)線生產(chǎn)情況

早期的砂石生產(chǎn)線一般無法實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)系統(tǒng)集成化、智能化、環(huán)?；目刂埔笠话闶呛唵蔚卦谝恍┰O(shè)備周圍固定一些設(shè)備的現(xiàn)場控制箱來啟停設(shè)備，現(xiàn)場接線不規(guī)范，易出現(xiàn)“蜘蛛網(wǎng)”的現(xiàn)狀。沒有系統(tǒng)的控制監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)線上的膠帶輸送機易出現(xiàn)打滑、跑偏、撕裂；喂料機口易出現(xiàn)喂料不均勻，堵料現(xiàn)象；振動篩易出現(xiàn)振動量忽大忽小，下料不均勻；成品庫易出現(xiàn)不知現(xiàn)存料的多少、售料系統(tǒng)易出現(xiàn)作弊等現(xiàn)狀。這樣整個生產(chǎn)線只能靠生產(chǎn)管理人員的責(zé)任心以及管理經(jīng)驗來生產(chǎn)，嚴重制約了生產(chǎn)線的機動性和生產(chǎn)產(chǎn)量的提高，同時環(huán)保不到位，也對環(huán)境破壞嚴重[1]。

2 引進自動化、智能化、集成化的控制系統(tǒng)

針對目前砂石骨料生產(chǎn)線現(xiàn)存的問題，我們經(jīng)過研究與實踐，把生產(chǎn)線上各個設(shè)備用自動化技術(shù)串接起來，實現(xiàn)了集成的控制模式，同時也實現(xiàn)了無人化的操作手段?？刂拼油負鋱D如圖1所示。

其中PC1與PC2為中控系統(tǒng)的工業(yè)級計算機（在中控室），二者之間互為冗余系統(tǒng)，以UPS不間斷電源為其供電，保證控制系統(tǒng)不受廠區(qū)停電的困擾。

3 系統(tǒng)的具體控制

該控制系統(tǒng)完全采用德國西門子工業(yè)自動化家族的軟硬件設(shè)備，主控制器采用西門子高級可編程控制器S7-1500 CPU系列為核心，現(xiàn)場級通過拓展西門子分布式遠程IO分為各個電離室的分站點（破碎電力室站點、篩分電力室站點、成品庫電力室站點）主機CPU與各個電力室分站點采用“快速”“穩(wěn)定”“防干擾”的PROFINET現(xiàn)場總線技術(shù)（以光纖環(huán)網(wǎng)為傳輸介質(zhì)）進行銜接。主機CPU與中控室的上位機軟件進行鏈接，二者同為西門子品牌，之間存在無限兼容性[2]。該控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2所示。

4 系統(tǒng)控制模式與邏輯關(guān)系

該系統(tǒng)中具有3種控制方式：上位機自動控制，上位機手動控制，現(xiàn)場操作箱控制。其中現(xiàn)場操作箱控制權(quán)限最高，上位機手動控制次之。三者之間可以相互轉(zhuǎn)換[3]。

4.1 上位機自動控制（連鎖控制）

在整條線生產(chǎn)工程中設(shè)備存在連鎖關(guān)系，例如開機連鎖（只有下游設(shè)備開啟后才能開上游設(shè)備），關(guān)機連鎖（正常情況時候上游設(shè)備關(guān)機后才可以關(guān)下游設(shè)備，非正常情況具有急停功能）。該連鎖的優(yōu)越性體現(xiàn)在：減少操作人員的誤操作，減少事故發(fā)生，使整條生產(chǎn)線安全健康地啟動，同時系統(tǒng)程序擁有自檢功能，時刻提醒操作人員設(shè)備的運行狀態(tài)，使設(shè)備故障消除在開機前狀態(tài)，避免給公司造成損失。

4.2 手動啟動控制

整個生產(chǎn)系統(tǒng)的每臺可控設(shè)備都具有手動功能，此功能用于整條生產(chǎn)線的初期調(diào)試階段和后期某個設(shè)備維修階段與設(shè)備打油（設(shè)備需要手動）。同時在系統(tǒng)自動啟動沒有啟動完（故障原因）時用于連鎖自動啟停的補充功能。

4.3 現(xiàn)場操作箱控制

當(dāng)設(shè)備維護人員在現(xiàn)場通過現(xiàn)場箱上的旋鈕打到現(xiàn)場級的時候，就可以通過現(xiàn)場操作箱上啟動，停止按鈕進行現(xiàn)場控制設(shè)備（設(shè)備檢修、設(shè)備調(diào)試階段用）。

5 智能售料系統(tǒng)的方案

由于目前國內(nèi)的砂石生產(chǎn)線多為露天生產(chǎn)，現(xiàn)場生產(chǎn)與售料系統(tǒng)容易出現(xiàn)混亂，故設(shè)計了無人值守的刷卡裝車系統(tǒng)，減少了無人化操作與作弊的現(xiàn)象。

無人值守進料系統(tǒng)是結(jié)合人們多年的礦山管理經(jīng)驗，自主研發(fā)的一套無人值守自動過磅系統(tǒng)，可以實現(xiàn)原石拉運計重的自動記錄，全程無需人員值守，可以很大程度節(jié)省人力。系統(tǒng)內(nèi)置詳細的報表統(tǒng)計功能，可以查詢每趟過磅記錄，方便財務(wù)人員進行財務(wù)統(tǒng)計。系統(tǒng)擁有多種檢測算法，可以有效防止作弊，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行[4]。

5.1 制卡環(huán)節(jié)

司機先將空車行駛至地磅上，操作員根據(jù)地磅讀數(shù)將車輛的皮重、車輛車號、ID卡卡號等信息存入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)記錄成功后，操作員將ID卡片發(fā)放給司機。

5.2 ID卡安裝

司機將領(lǐng)取的ID卡放入車內(nèi)，張貼到前擋玻璃中間位置，以后每次過磅的時候系統(tǒng)自動讀取ID卡，查找該車輛信息。

5.3 過磅環(huán)節(jié)

司機將重車開上地磅，系統(tǒng)中的遠程讀卡器可以遠距離掃描到車內(nèi)的ID卡根據(jù)卡內(nèi)的信息，即可在系統(tǒng)中查找當(dāng)前上磅車輛的信息。并且自動將該車信息記錄至數(shù)據(jù)庫中，同時地磅旁邊裝有LED屏幕，提示司機上磅或者下磅，并顯示該車輛的進料次數(shù)與進料重量等信息，同時地磅旁邊的攝像機會自動抓拍圖片并上傳至服務(wù)器。

5.4 打票環(huán)節(jié)

可以在系統(tǒng)設(shè)置每過一車打印一張小票，司機可以每次過磅后去磅房自行取走自己的小票。也可以在系統(tǒng)中設(shè)置批量打印小票，這樣可以在每次下班前統(tǒng)一打印過磅小票。

6 結(jié)語

該系統(tǒng)通過對砂石生產(chǎn)廠家的舊線改造和新線的建立，發(fā)現(xiàn)該控制效果穩(wěn)定度高，生產(chǎn)產(chǎn)量比未引進該系統(tǒng)之前有大幅度的提高，所有的設(shè)備都能進行集中監(jiān)控，原來時產(chǎn)1 000 T/H的整條線，開機時間由原來的30 min縮短到5 min，生產(chǎn)產(chǎn)量提高到1 500 T/H，降低了設(shè)備故障率，縮短了設(shè)備檢修時間，更重要的是提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了污染，實現(xiàn)了砂石行業(yè)的生產(chǎn)要求：“既要金山銀山，也要綠水青山”。

[參考文獻]

[1]任清晨.電氣控制柜設(shè)計制作—電路篇[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2]姜新橋.電機電氣控制與PLC技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2016.

[3]范國偉，劉一帆.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[4]盧京湖.自動控制原理[M].2版.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.