入廠煤自動(dòng)采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁 清

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)述

某火電廠共建設(shè)了7 臺(tái)入廠煤汽車采樣機(jī)，采樣系統(tǒng)分兩個(gè)，其一是A 系統(tǒng)，該系統(tǒng)中有3 臺(tái)采樣機(jī)，其二是B 系統(tǒng)，該系統(tǒng)中有4 臺(tái)采樣機(jī)。在該火電廠中，所有的汽車來(lái)煤采樣工作都是由這兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)負(fù)責(zé)。但是由于項(xiàng)目的階梯式建設(shè)，所有采樣機(jī)的操作不能得到統(tǒng)一監(jiān)控，相關(guān)工作人員和設(shè)備也都得不到集中管理，加之火電廠對(duì)于功能需求的不斷提升，使得當(dāng)前的控制越來(lái)越無(wú)法滿足火電廠的實(shí)際運(yùn)作需求。

就目前的情況來(lái)看，在A 系統(tǒng)中，1#采樣機(jī)和2#采樣機(jī)由同一個(gè)控制室負(fù)責(zé)控制，而3#采樣機(jī)則是由另一個(gè)獨(dú)立的控制室來(lái)負(fù)責(zé)控制。在B 系統(tǒng)中，4#采樣機(jī)和5#采樣機(jī)由同一個(gè)控制室負(fù)責(zé)控制，但是10#采樣機(jī)和11#采樣機(jī)則分別由獨(dú)立的控制室來(lái)負(fù)責(zé)控制。這種分散式的控制形式不僅讓機(jī)械設(shè)備的集中控制和管理變得十分困難，同時(shí)也嚴(yán)重影響到該火電廠對(duì)工作人員的集中管理。

隨著火電廠的不斷發(fā)展，入廠煤采樣系統(tǒng)使用功能方面的不足也越來(lái)越明顯。首先，對(duì)于打包、刷卡、承重等方面的控制，該火電廠如今依然采用串口通信的方法和工控機(jī)連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，會(huì)增大上位機(jī)的硬件負(fù)荷，降低其處理速度，且容易引起上位機(jī)故障，一旦上位機(jī)的反應(yīng)速度變慢，控制延時(shí)，很多難以控制的故障就更容易出現(xiàn)。其次，當(dāng)車輛準(zhǔn)備進(jìn)入到采樣區(qū)采樣時(shí)，因?yàn)闄z測(cè)手段與提示信息的不足，司機(jī)需要將汽車移動(dòng)很多次才可以?？吭谝?guī)定的位置上，很大程度上降低了汽車的通行效率，對(duì)入廠煤采樣的效率造成不利影響，直接影響到火電廠的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。最后，由于采樣區(qū)域不能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別，所以車頭和車廂邊框都有可能被采樣頭打到，給采樣作業(yè)帶來(lái)了很大的安全隱患。

基于這樣的情況，本次自動(dòng)采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的主要有兩個(gè)：第一，通過(guò)集中控制平臺(tái)的增設(shè)，使該火電廠之中所有的采樣設(shè)備得到集中控制，所有的工作人員得到集中管理，不僅可以全面降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)采樣設(shè)備的運(yùn)行故障，并及時(shí)采取針對(duì)性的措施進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的良好把控；第二，通過(guò)該自動(dòng)采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以讓工作人員的配置得到合理優(yōu)化，讓人力資源浪費(fèi)的情況得以有效避免。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能分析

2.1 人機(jī)對(duì)話

借助于編輯以及組態(tài)工控軟件，可以將該系統(tǒng)實(shí)際的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示給操作人員，且顯示界面美觀大方，操作簡(jiǎn)單便捷。該界面主要實(shí)現(xiàn)的功能包括如下3 點(diǎn)：第一，借助于組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)之中所有設(shè)備的實(shí)時(shí)在線控制；第二，通過(guò)圖形的形式將所有被控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給操作人員；第三，如果有設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，系統(tǒng)將根據(jù)其實(shí)際的情況及時(shí)發(fā)出報(bào)警，如聲光報(bào)警、屏幕報(bào)警等[1]。

2.2 設(shè)備控制

本系統(tǒng)采用的是由西門子公司出品的S7-200 系列CPU226 CN PLC，并在其PLC 內(nèi)存中預(yù)留了30%～40%的空間，以備今后的系統(tǒng)升級(jí)和功能拓展，I/O 點(diǎn)的預(yù)留數(shù)量在15%以上，同時(shí)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC和上位機(jī)之間的通信。在該系統(tǒng)中，控制信號(hào)主要通過(guò)硬接線的形式進(jìn)行傳輸，狀態(tài)信號(hào)主要通過(guò)光纖通信的形式進(jìn)行傳輸，讓該火電廠中所有的入廠煤采樣設(shè)備都得到統(tǒng)一集中的控制。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 接口部分設(shè)計(jì)分析

3.1.1 采樣機(jī)接口部分的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)與燃料三大項(xiàng)目體系之間的緊密聯(lián)系，并減輕控制部分負(fù)載，在本次的自動(dòng)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)采樣接口機(jī)進(jìn)行了單獨(dú)設(shè)置。通過(guò)采樣接口機(jī)可以實(shí)現(xiàn)采樣的打包、刷卡以及承重等工作，并將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳，也可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言對(duì)講和車號(hào)對(duì)比等功能。

3.1.2 打包接口機(jī)的設(shè)計(jì)

如果桶內(nèi)裝滿了樣煤，應(yīng)該及時(shí)對(duì)樣煤進(jìn)行打包處理。為降低人力資源的浪費(fèi)，系統(tǒng)中設(shè)置了一臺(tái)自動(dòng)打包機(jī)，并專門設(shè)置了一個(gè)房間，將自動(dòng)打包機(jī)和控制室分開(kāi)。因?yàn)榇虬鼨C(jī)屬于另外一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，所以需要考慮到自動(dòng)采樣系統(tǒng)和打包機(jī)之間的連接，以實(shí)現(xiàn)樣煤的自動(dòng)打包。在采樣機(jī)的正常工作過(guò)程中，打包機(jī)將會(huì)一直處在備用狀態(tài)。當(dāng)采樣桶中的樣煤超出了設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)界面上會(huì)顯示出“樣桶已滿，需要打包”的提示，操作人員可以在控制界面上點(diǎn)擊打包按鈕，自動(dòng)采樣系統(tǒng)會(huì)將一個(gè)“上袋信號(hào)”發(fā)送給打包機(jī)，在打包機(jī)完成上袋動(dòng)作后，系統(tǒng)會(huì)按照燃料三大項(xiàng)目系統(tǒng)所生成的一級(jí)編碼進(jìn)行寫卡，完成寫卡后系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一個(gè)放樣指令，然后打開(kāi)集樣桶進(jìn)行放樣，待完成放樣后，打包機(jī)也就完成了打包動(dòng)作[2]。

3.2 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)分析

3.2.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

在本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要將邵華工業(yè)計(jì)算機(jī)作為該系統(tǒng)的上位機(jī)?？梢栽赩B 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)一整套入廠煤采樣的自動(dòng)監(jiān)督和控制程序的開(kāi)發(fā)。在整個(gè)自動(dòng)采樣系統(tǒng)中，上位機(jī)屬于中樞控制機(jī)構(gòu)，從上位機(jī)中發(fā)出的指令將會(huì)通過(guò)串口通信服務(wù)器傳達(dá)到下位機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制層的設(shè)計(jì)

在自動(dòng)采樣系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)控制層具有核心控制作用。利用現(xiàn)場(chǎng)控制層，可以對(duì)上位機(jī)輸送的信號(hào)進(jìn)行處理和傳送。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)控制層可以按照其自身的邏輯對(duì)來(lái)自于上位機(jī)的信號(hào)進(jìn)行判斷和分析，然后將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，最后將處理好的控制信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的采樣設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采樣設(shè)備的自動(dòng)控制。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象與反饋輸入信號(hào)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，主要的現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象包括大小車、集料斗、升降采樣頭、環(huán)錘破碎機(jī)、集樣桶、縮分器以及給料皮帶機(jī)等，主要的反饋輸入信號(hào)包括就地控制設(shè)備接近開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)等。為了可以在自動(dòng)控制的同時(shí)具備手動(dòng)控制的功能，將每一個(gè)設(shè)備所對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作按鈕都設(shè)置在控制操作臺(tái)上，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，工作人員通過(guò)操作這些按鈕，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采樣設(shè)備的合理控制，進(jìn)而有效避免自動(dòng)采樣系統(tǒng)故障對(duì)火電廠正常運(yùn)行的不利影響。

3.3 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)

3.3.1 軟件功能簡(jiǎn)介

為了有效滿足該火電廠入廠煤采樣系統(tǒng)的實(shí)際需求，主要將VB 用于上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)，將S7-200 用于下位機(jī)的組態(tài)和編程設(shè)計(jì)，并借助于串口通信的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

3.3.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

（1）主界面模塊

主界面模塊就是這個(gè)自動(dòng)采樣系統(tǒng)的登錄模塊，通過(guò)這一模塊，相關(guān)工作人員可以登錄到該系統(tǒng)中。在用戶打開(kāi)這個(gè)界面之后，需要輸入正確的用戶名和密碼才可登錄。在登錄之后，用戶可以通過(guò)兩種不同的操作方法進(jìn)入到兩個(gè)不同的操作界面，一種是登錄到汽車刷卡系統(tǒng)，另一種是登錄到人工錄入系統(tǒng)，如果用戶想從系統(tǒng)中退出，直接點(diǎn)擊“退出”按鈕即可實(shí)現(xiàn)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了有效滿足系統(tǒng)操作人員的實(shí)際需求，在這個(gè)登錄界面之中進(jìn)行了3 個(gè)權(quán)限的設(shè)置。在這3 個(gè)權(quán)限中，最高的權(quán)限是系統(tǒng)調(diào)試員權(quán)限，第二是系統(tǒng)管理員權(quán)限，最低的權(quán)限是系統(tǒng)操作員權(quán)限。

（2）汽車刷卡模塊

在本次所設(shè)計(jì)的自動(dòng)采樣系統(tǒng)中，汽車刷卡模塊是控制入廠煤采樣的一個(gè)最主要的方式。操作人員在進(jìn)入到該系統(tǒng)之后，可以直接在主界面選擇“進(jìn)入汽車刷卡系統(tǒng)”按鈕，然后就可以進(jìn)入到圖1 所示的監(jiān)控界面之中，在汽車刷卡成功之后，選擇自動(dòng)開(kāi)始，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)采樣工作。

圖1 汽車刷卡系統(tǒng)界面

（3）人工錄入模塊

當(dāng)用戶在系統(tǒng)主界面選擇了“進(jìn)入人工錄入系統(tǒng)”這一模塊之后，在模塊之中可以選擇手動(dòng)操作模式或者是半自動(dòng)操作模式。如果要通過(guò)這一模塊進(jìn)行采樣操作，則需要在相應(yīng)的采樣信息欄之中將樣煤來(lái)源、采樣點(diǎn)數(shù)、車底高等信息填寫完善，通過(guò)這些信息，系統(tǒng)可以自動(dòng)確定出采樣的深度和方式。

4 結(jié) 論

本次主要以某火電廠的入廠煤自動(dòng)采樣系統(tǒng)作為實(shí)例，對(duì)自動(dòng)采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。希望通過(guò)本次的設(shè)計(jì)和分析，可以對(duì)其他火電廠自動(dòng)采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化有所幫助。