煤炭碼頭工程工藝流程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

馮 倩，陳偉良，鞠 進(jìn)

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

惠州荃灣煤炭碼頭一期工程為設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工總承包模式，本工程為新建工程，主要工藝設(shè)備有4臺(tái)卸船機(jī)，20條皮帶機(jī)，2臺(tái)裝車機(jī)，5臺(tái)斗輪堆取料機(jī)，2臺(tái)除鐵器，10臺(tái)除塵器等。工藝作業(yè)流程主要為卸船至堆場(chǎng)，堆場(chǎng)至裝火車，堆場(chǎng)至外運(yùn)共16條作業(yè)線。工程于2017年8月開(kāi)始調(diào)試，截至2018年8月已完成8條作業(yè)線的重載試車工作。

1 工藝流程控制系統(tǒng)主要組成

工程控制系統(tǒng)通過(guò)在港區(qū)綜合樓中控室設(shè)置一套PLC控制主站、在1#變電所、2#變電所各設(shè)置一套現(xiàn)場(chǎng)I/O站，每條皮帶機(jī)頭部設(shè)置一套就地區(qū)域箱（共20套）對(duì)皮帶機(jī)沿線保護(hù)開(kāi)關(guān)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)采集，在各轉(zhuǎn)運(yùn)站、皮帶機(jī)沿線設(shè)置基地式控制器就近采集保護(hù)開(kāi)關(guān)、卸船機(jī)、斗輪機(jī)、除塵器等工藝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）控制主站和現(xiàn)場(chǎng)各IO站、皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域箱，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)及DP通信模塊以冗余通信的方式進(jìn)行通信?？刂葡到y(tǒng)供電采用UPS（Uninterruptible Power System，不間斷電源），分別于綜合樓機(jī)房、變電所內(nèi)。

PLC系統(tǒng)選用的是西門子S7-400H系列，現(xiàn)場(chǎng)I/O站、皮帶機(jī)區(qū)域箱、就地控制器選用國(guó)產(chǎn)湖南先步SSPCU系列智能控制器，內(nèi)置DP總線接口及輸入輸出單元，對(duì)各工藝設(shè)備信號(hào)進(jìn)行就地采集及傳輸，此方案與傳統(tǒng)的將皮帶機(jī)沿線保護(hù)開(kāi)關(guān)的信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)入皮帶機(jī)頭部的IO模塊對(duì)比而言，可大大減少控制電纜的使用量，節(jié)省投資和降低施工難度，同時(shí)也提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 工藝流程控制系統(tǒng)主要功能

所有輸送作業(yè)線按工藝要求進(jìn)行連鎖，逆料流停止，順料流啟動(dòng)，防止物料堆積?？刂葡到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝作業(yè)線的就地控制、單機(jī)啟動(dòng)、遠(yuǎn)控、流程一鍵啟停等，若故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)上游設(shè)備瞬時(shí)停機(jī)，下游設(shè)備保持原工作狀態(tài)不變等功能；控制系統(tǒng)具備監(jiān)視報(bào)警功能，可對(duì)輸送系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、處理；具備事件顯示查詢功能。

3 皮帶機(jī)保護(hù)裝置調(diào)試

皮帶機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)調(diào)試前需滿足施工圖安裝及接線等要求。調(diào)試前準(zhǔn)備工作：變電所皮帶機(jī)高壓柜出線需在斷開(kāi)狀態(tài)，相應(yīng)皮帶機(jī)就地區(qū)域箱需帶電狀態(tài)，相應(yīng)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)接線及施工已完成。PLC系統(tǒng)軟件、上位機(jī)顯示界面已完成，各保護(hù)開(kāi)關(guān)端子測(cè)壓正常，基地式控制器工作正常，有指示燈顯示的儀表顯示正確。

（1）雙向拉繩開(kāi)關(guān)調(diào)試。工程采用的是手動(dòng)恢復(fù)式拉繩開(kāi)關(guān)，拉動(dòng)拉線，帶動(dòng)控制桿觸動(dòng)觸點(diǎn)，中控上位機(jī)顯示相應(yīng)拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作紅色報(bào)警信號(hào)，手動(dòng)恢復(fù)后紅色報(bào)警信號(hào)消失顯示為綠色。

（2）兩級(jí)跑偏開(kāi)關(guān)調(diào)試。將跑偏開(kāi)關(guān)檢測(cè)滾筒撥動(dòng)偏離初始位置20°角，中控上位機(jī)顯示相應(yīng)跑偏開(kāi)關(guān)動(dòng)作輕跑偏紅色報(bào)警信號(hào)，繼續(xù)撥動(dòng)滾筒偏離初始位置至35°角，中控上位機(jī)顯示相應(yīng)跑偏開(kāi)關(guān)動(dòng)作重跑偏紅色報(bào)警信號(hào)，松開(kāi)滾筒恢復(fù)至初始位置后報(bào)警信號(hào)消失顯示為綠色。

（3）皮帶縱向撕裂檢測(cè)裝置調(diào)試。用力按壓萬(wàn)向電纜式壓力傳感器，此時(shí)撕裂裝置轉(zhuǎn)換器DETECT指示燈亮，中控上位機(jī)顯示皮帶撕裂紅色報(bào)警信號(hào)。去掉傳感器上壓力，并將撕裂裝置轉(zhuǎn)換器RESET按鈕按下解除報(bào)警，中控上位機(jī)報(bào)警信號(hào)消失顯示為綠色。

液壓張緊檢測(cè)開(kāi)關(guān)及重錘式斷帶檢測(cè)開(kāi)關(guān)、料流開(kāi)關(guān)、液力耦合器過(guò)溫檢測(cè)開(kāi)關(guān)、制動(dòng)器釋放檢測(cè)開(kāi)關(guān)、溜槽堵塞開(kāi)關(guān)等調(diào)試過(guò)程步驟同上。如調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)故障，需逐步排查接線、保護(hù)開(kāi)關(guān)故障、基地式控制器故障、通信鏈路等問(wèn)題，直到調(diào)試正常，中控可正確顯示相關(guān)信號(hào)。

4 皮帶機(jī)單機(jī)就地啟動(dòng)調(diào)試

（1）調(diào)試內(nèi)容。對(duì)每條皮帶機(jī)進(jìn)行單機(jī)就地啟動(dòng)調(diào)試，檢驗(yàn)皮帶機(jī)就地區(qū)域箱機(jī)側(cè)操作時(shí)能否正常啟停，系統(tǒng)連鎖是否正常。

（2）調(diào)試前準(zhǔn)備。調(diào)試前高壓電機(jī)電纜接線通過(guò)耐壓測(cè)試；單條皮帶機(jī)控制系統(tǒng)接線自檢完成；皮帶機(jī)區(qū)域箱內(nèi)部接線自檢完成；皮帶機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)工作正常；制動(dòng)器、加熱器等輔控設(shè)備已供電。

（3）調(diào)試步驟。①現(xiàn)場(chǎng)巡邏及調(diào)試操作記錄人員就位，中控室廣播通知現(xiàn)場(chǎng)無(wú)關(guān)人員遠(yuǎn)離調(diào)試的皮帶機(jī)，確認(rèn)調(diào)試皮帶機(jī)附近安全。②調(diào)試前準(zhǔn)備工作確認(rèn)已完成滿足啟動(dòng)條件，機(jī)側(cè)操作人員利用對(duì)講機(jī)通知變電所操作人員合閘，變電所操作人員將電機(jī)高壓柜選擇在遠(yuǎn)控工作位。③就地操作人員確認(rèn)變電所已合閘，將皮帶機(jī)區(qū)域箱選擇開(kāi)關(guān)選擇至就地位，區(qū)域箱電源指示燈亮，按下警鈴預(yù)告按鈕，保持20 s后按下制動(dòng)器啟動(dòng)按鈕，制動(dòng)器松閘，制動(dòng)器運(yùn)行指示燈亮后按下電機(jī)啟動(dòng)按鈕，電機(jī)運(yùn)行指示燈亮后電機(jī)正常運(yùn)行并保持運(yùn)行30 min，按下就地區(qū)域箱停止按鈕，制動(dòng)器合閘，電機(jī)停止運(yùn)行。④電機(jī)停止運(yùn)行30 min后，重復(fù)上述步驟，啟動(dòng)電機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)制保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，檢查是否滿足控制系統(tǒng)連鎖要求。

5 控制系統(tǒng)模擬聯(lián)調(diào)

5.1 調(diào)試內(nèi)容

在各皮帶機(jī)電機(jī)高壓柜選擇試驗(yàn)位模式下，對(duì)控制系統(tǒng)通訊、工藝作業(yè)流程連鎖、控制系統(tǒng)軟件功能等進(jìn)行測(cè)試。以下模擬聯(lián)調(diào)、空載聯(lián)調(diào)、重載聯(lián)調(diào)具體調(diào)試步驟以CD1卸煤作業(yè)線為例。

CD1作業(yè)線：散貨船→SU1/SU2/SU3/SU4卸船機(jī)→BC11【電磁除鐵器】→BC21【電子皮帶秤】→采樣間→BC31→BC41→BC51→BC61→SR1斗輪堆取料機(jī)→1#條形封閉煤場(chǎng)。

5.2 調(diào)試步驟

（1）確認(rèn)PLC系統(tǒng)及上位機(jī)系統(tǒng)能正常工作；確認(rèn)上述2～4節(jié)中控制系統(tǒng)已調(diào)試完成，對(duì)于調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題已處理；通過(guò)上位機(jī)顯示確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)各皮帶機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)正確。

（2）作業(yè)線沿線安保及維修人員就位，作業(yè)線各皮帶機(jī)高壓柜選擇在停止位，現(xiàn)場(chǎng)各輔助工藝低壓設(shè)備已供電，確認(rèn)皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域箱、各輔助工藝設(shè)備控制箱選擇開(kāi)關(guān)處于“遠(yuǎn)控”位，中控向現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)各工藝設(shè)備電氣安全及現(xiàn)場(chǎng)安全，確認(rèn)具備模擬啟動(dòng)作業(yè)線條件。

（3）中控進(jìn)行廣播通知即將模擬啟動(dòng)CD1作業(yè)線，利用對(duì)講機(jī)通知變電所操作員將作業(yè)線皮帶機(jī)BC11/21/31/42/51/61皮帶機(jī)高壓柜選在“試驗(yàn)”位并反饋至中控；變電所對(duì)卸船機(jī)及斗輪機(jī)送電，變電所操作員將相關(guān)送電信息反饋至中控，卸船機(jī)及斗輪機(jī)操作員反饋受電正常。

（4）中控操作員確認(rèn)后，選擇CD1作業(yè)線，一鍵模擬啟動(dòng)CD1作業(yè)線，此時(shí)卸船機(jī)、斗輪機(jī)、除塵器、除鐵器等正常啟動(dòng)，模擬啟動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間。依次進(jìn)行強(qiáng)制保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作、輔助工藝設(shè)備強(qiáng)制故障、緊急停機(jī)、單機(jī)點(diǎn)動(dòng)停機(jī)、一鍵流程停機(jī)等動(dòng)作，確認(rèn)工藝流程及相關(guān)設(shè)備能按照連鎖及作業(yè)要求啟停及報(bào)警，至此模擬調(diào)試順利完成進(jìn)入系統(tǒng)空載聯(lián)調(diào)。

6 系統(tǒng)空載聯(lián)調(diào)

6.1 調(diào)試前準(zhǔn)備及檢查

順利完成模擬聯(lián)調(diào)后，對(duì)模擬聯(lián)調(diào)中出現(xiàn)的問(wèn)題已處理完成；確認(rèn)各工藝設(shè)備能在設(shè)備故障及發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)能緊急停機(jī)；確認(rèn)供配電、控制系統(tǒng)及通信系統(tǒng)能正常工作；通過(guò)中控上位機(jī)確認(rèn)各皮帶機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)正確顯示、各輔助工藝設(shè)備處于遠(yuǎn)控正常狀態(tài)；確認(rèn)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)除調(diào)試人員外其余無(wú)關(guān)人員已撤離；確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)警戒工作符合要求；確認(rèn)皮帶機(jī)潤(rùn)滑油已加好等。全部調(diào)試過(guò)程嚴(yán)格按照正式作業(yè)流程進(jìn)行。

6.2 調(diào)試步驟

（1）模擬調(diào)試完成后，中控試車主管通過(guò)廣播通知現(xiàn)場(chǎng)即將空載調(diào)試啟動(dòng)作業(yè)線，并通過(guò)對(duì)講主機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各調(diào)試人員確認(rèn)是否具備啟動(dòng)條件。

（2）確認(rèn)具備啟動(dòng)條件后，試車主管命令變電所操作人員將各皮帶機(jī)配電柜選擇在遠(yuǎn)控工作位，變電所操作人員收到命令后操作完成并反饋至中控確認(rèn)受電情況正常。此后試車主管命令中控操作員進(jìn)行啟動(dòng)作業(yè)線相關(guān)操作。

（3）中控操作員進(jìn)入荃灣煤炭碼頭一期工作控制系統(tǒng)操作界面，向SR1斗輪堆取料機(jī)發(fā)送允許堆料請(qǐng)求，SR1操作員收到信號(hào)后反饋中控，然后試車主管命令SR1啟動(dòng)堆料作業(yè)，SR1順利啟動(dòng)。

（4）SR1順利啟動(dòng)后，中控操作員進(jìn)入流程選取頁(yè)面選取CD1作業(yè)線，上位機(jī)顯示CD1作業(yè)線流程選中，然后點(diǎn)擊一鍵啟動(dòng)作業(yè)線，具體啟動(dòng)過(guò)程為：電動(dòng)三通擋板自動(dòng)切換到位流程完成預(yù)啟→廣播系統(tǒng)自動(dòng)完成播放啟動(dòng)作業(yè)線→BC61至BC11依次逆流程完成聲光報(bào)警預(yù)告，制動(dòng)器釋放，啟動(dòng)運(yùn)行→除鐵器運(yùn)行→除塵器運(yùn)行→卸船機(jī)運(yùn)行并進(jìn)行卸煤動(dòng)作。試車主管通過(guò)中控的顯示大屏隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行情況，并與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員保持溝通，要求機(jī)組調(diào)試人員做好相關(guān)調(diào)試記錄。

（5）CD1作業(yè)線保持連續(xù)運(yùn)行30 min后，試車主管廣播通知停止作業(yè)線，現(xiàn)場(chǎng)反饋確認(rèn)安全后，命令中控操作員按一鍵停止作業(yè)線。中控操作員點(diǎn)擊界面流程停止作業(yè)線。作業(yè)線按照順流依次停止，直到流程中所有設(shè)備全部停止，上位機(jī)作業(yè)線顯示灰色，流程順利停止完畢。

（6）重復(fù)上述步驟多次啟停作業(yè)線，確保每次啟、停作業(yè)線間隔時(shí)間≥30 min。試車主管命令現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員進(jìn)行拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作、跑偏開(kāi)關(guān)動(dòng)作、除鐵器故障、除塵器故障、卸船機(jī)故障、上游設(shè)備故障、下游設(shè)備故障、緊急停機(jī)等調(diào)試。確認(rèn)輸煤程控系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)控畫面顯示、參數(shù)越限報(bào)警、事件記錄等功能，系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（7）調(diào)試完成后，通知變電所對(duì)皮帶機(jī)、卸船機(jī)、斗輪機(jī)的高壓柜出線開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，相關(guān)調(diào)試人員做好調(diào)試記錄。

7 系統(tǒng)重載聯(lián)調(diào)

相應(yīng)作業(yè)線空載調(diào)試完成，滿足功能要求，進(jìn)入重載試車，檢驗(yàn)設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，直到通過(guò)驗(yàn)收，進(jìn)入試運(yùn)行階段。

8 總結(jié)與展望

結(jié)合惠州荃灣煤炭碼頭一期工程項(xiàng)目，工藝流程控制系統(tǒng)順利調(diào)試成功完成設(shè)計(jì)要求，滿足生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)功能。因?yàn)轫?xiàng)目的工藝作業(yè)流程多，工藝設(shè)備多，這為整個(gè)調(diào)試過(guò)程增加了難度，調(diào)試步驟也相對(duì)繁雜，后期在調(diào)試剩余作業(yè)線的過(guò)程中應(yīng)充分總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，避免出現(xiàn)同樣錯(cuò)誤，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷適當(dāng)簡(jiǎn)化相關(guān)調(diào)試步驟。本項(xiàng)目調(diào)試試車流程，可為同類散貨碼頭控制系統(tǒng)的調(diào)試工作提供參考。