Modicon M580在斗輪機(jī)無人值守遠(yuǎn)程堆取料中的應(yīng)用

趙立新

關(guān)鍵詞：堆取煤，智能，無人化，控制系統(tǒng)

0 引言

近年來，工控行業(yè)的技術(shù)發(fā)展非常迅速，PLC除了傳統(tǒng)的邏輯控制外，技術(shù)正向著網(wǎng)絡(luò)化，大型化、智能化方向發(fā)展，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，自動(dòng)化控制的概念也發(fā)生著巨大的變化。而通訊協(xié)議是制約各個(gè)廠商連接的瓶頸，施耐德現(xiàn)在推出了一項(xiàng)創(chuàng)新的PAC平臺(tái)—— ModiconM580，自帶的ePAC功能，完美的解決了通信問題，自上而下的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，讓通信變得更簡(jiǎn)單，靈活和可靠?；谶@種環(huán)境，各種各樣不同的技術(shù)可以在以太網(wǎng)通信協(xié)議下進(jìn)行組態(tài)和編程。上安電廠煤場(chǎng)無人化管控系統(tǒng)建設(shè)包括：斗輪堆取料機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)四套（一二期煤場(chǎng)2臺(tái)懸臂斗輪機(jī)、三期煤場(chǎng)2臺(tái)懸臂斗輪機(jī)）、斗輪機(jī)設(shè)備改造、激光實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)一套，煤場(chǎng)信息化管理系統(tǒng)一套，接口系統(tǒng)一套及針對(duì)無人值守及固定式盤煤儀改造進(jìn)行的輸煤程控室內(nèi)相關(guān)控制系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等的改造，視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?zé)o盲區(qū)、無死角。一二期煤場(chǎng)過去使用的控制系統(tǒng)是GE——9030，通信協(xié)議已嚴(yán)重落伍，并且配件也不好采購，所以決定采用施耐德Modicon M580替代。

一、Modicon M580概述

針對(duì)不同的應(yīng)用，分為面向單機(jī)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)型控制器Modicon M580 ePAC 和專業(yè)用于硬件冗余應(yīng)用的高可用型控制Modicon 昆騰+ ePAC。Modicon ePAC 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于開放的以太網(wǎng)技術(shù)，從而有效地優(yōu)化了設(shè)備互連和通信。配合性能優(yōu)越的X80 通用IO 平臺(tái)可以完美實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成;強(qiáng)大的控制器提供更高水平的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通信、顯示和應(yīng)用控制的處理能力。Modicon M58充分體現(xiàn)了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，使得系統(tǒng)應(yīng)用范圍變廣，是一種適用于現(xiàn)在、面向未來的開放型過程控制系統(tǒng)。

二、斗輪堆取料機(jī)介紹

斗輪堆取料機(jī)是一種連續(xù)取料和堆料的煤場(chǎng)機(jī)械，廣泛用于大中型火力發(fā)電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)，是煤場(chǎng)機(jī)械的主要形式。它有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的斗輪，并有回轉(zhuǎn)、俯仰、行走等機(jī)構(gòu)，組成一個(gè)完整的工作體系。堆取料機(jī)具有效率高、取儲(chǔ)能力大、操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)先進(jìn)和投資少等優(yōu)點(diǎn)。

三、斗輪機(jī)自動(dòng)堆取料工藝介紹

1、斗輪遠(yuǎn)程全自動(dòng)取料作業(yè)

（1）操作人員在系統(tǒng)計(jì)劃管理——實(shí)時(shí)計(jì)劃信息操作界面上創(chuàng)建取料作業(yè)計(jì)劃（人工輸入），內(nèi)容包括：儲(chǔ)料場(chǎng)、煤種、作業(yè)量等信息，并通過操作畫面把取料作業(yè)計(jì)劃下發(fā)給中控服務(wù)器的后臺(tái)主控程序。

（2）后臺(tái)主控程序分析取料計(jì)劃內(nèi)容，計(jì)算取料作業(yè)的作業(yè)角度區(qū)域，切入點(diǎn)等取料指導(dǎo)參數(shù)，計(jì)算完成后生成取料任務(wù)指令，并顯示在取料操作畫面上。

（3）操作工確認(rèn)取料控制指令，必要時(shí)可作修正，然后將控制指令下發(fā)到PLC。

（4）PLC收到控制指令，開始取料作業(yè)前的準(zhǔn)備工作。

（5）大機(jī)到達(dá)目標(biāo)地址，機(jī)上各機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備完畢，取料作業(yè)準(zhǔn)備就緒。

（6）地面流程啟動(dòng)，全自動(dòng)取料作業(yè)開始。

（7）全自動(dòng)取料過程控制。

（8）全自動(dòng)取料結(jié)束。

2、斗輪遠(yuǎn)程全自動(dòng)堆料作業(yè)

（1）操作人員在系統(tǒng)計(jì)劃管理破折號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)劃信息操作界面上創(chuàng)建堆料計(jì)劃，內(nèi)容包括：儲(chǔ)料場(chǎng)、煤種、堆高、作業(yè)量、起始地址、終止地址等信息，并通過操作畫面將該堆料計(jì)劃下發(fā)給中控服務(wù)器的后臺(tái)主控程序。

（2）后臺(tái)主控程序收到堆料作業(yè)計(jì)劃后，分析作業(yè)內(nèi)容并計(jì)算出合理的作業(yè)參數(shù)，包括每層具體作業(yè)參數(shù)設(shè)定等，將工作計(jì)劃自動(dòng)轉(zhuǎn)換為PLC可接收的控制命令，并顯示在畫面上。

（3）操作工確認(rèn)自動(dòng)堆料操作畫面上的堆料指令，必要時(shí)在畫面上進(jìn)行參數(shù)修正，最后下發(fā)到PLC。

（4）PLC收到堆料指令，開始進(jìn)行作業(yè)前的準(zhǔn)備工作。

（5）大機(jī)到達(dá)堆料作業(yè)的起始地址并且各機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備完畢，堆料作業(yè)準(zhǔn)備就緒。

（6）地面流程啟動(dòng)，全自動(dòng)堆料作業(yè)開始。

（7）全自動(dòng)堆料過程控制。

（8）全自動(dòng)堆料結(jié)束。

四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

為確保生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定地運(yùn)行，提高控制與管理水平，發(fā)揮各裝置的最大經(jīng)濟(jì)效益，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，就要對(duì)斗輪機(jī)各裝置的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控。

斗輪機(jī)要實(shí)現(xiàn)無人值守就需要對(duì)原來的斗輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加大量的傳感器，就如同給斗輪機(jī)安裝了大腦，眼睛，腿和手臂。比如斗輪機(jī)大車行走需要編碼器測(cè)量，懸臂回轉(zhuǎn)需要編碼器測(cè)量，懸臂俯仰需要傾角傳感器測(cè)量。懸臂左右回轉(zhuǎn)都需要安裝防碰撞裝置。輪斗左右側(cè)需要安裝雷達(dá)料位計(jì)。懸臂膠帶機(jī)上方安裝流量計(jì)。大車行走和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)備要改為可調(diào)速機(jī)構(gòu)。

2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

上安電廠煤場(chǎng)無人化管控系統(tǒng)建設(shè)包括：斗輪堆取料機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)四套（一二期煤場(chǎng)2臺(tái)懸臂斗輪機(jī)、三期煤場(chǎng)2臺(tái)懸臂斗輪機(jī)）、斗輪機(jī)設(shè)備改造、激光實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)一套，煤場(chǎng)信息化管理系統(tǒng)一套，接口系統(tǒng)一套及針對(duì)無人值守及固定式盤煤儀改造進(jìn)行的輸煤程控室內(nèi)相關(guān)控制系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等的改造，視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?zé)o盲區(qū)、無死角。每個(gè)斗輪機(jī)需要一套PLC系統(tǒng)，PLC采用Modicon M580系列，共設(shè)立一個(gè)主站，一個(gè)本地?cái)U(kuò)展從站，一個(gè)遠(yuǎn)程從站（在司機(jī)室內(nèi)），通過專用網(wǎng)關(guān)以Profibus-DP協(xié)議連接大車行走，回轉(zhuǎn)變頻器。大車行走編碼器，回轉(zhuǎn)編碼器，俯仰傾角編碼器。HMI通過以太網(wǎng)和PLC連接。PLC通過KEPserver在以太網(wǎng)協(xié)議下和遠(yuǎn)控系統(tǒng)相連。

3、網(wǎng)絡(luò)通訊

工業(yè)光纖以太網(wǎng)：采用環(huán)網(wǎng)，遠(yuǎn)程工作站負(fù)責(zé)給現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器下發(fā)命令和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)電控原件的邏輯動(dòng)作。采用西門子公司的X204交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。通訊速率： 100Mbps。

現(xiàn)場(chǎng)高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)：負(fù)責(zé)PLC控制器主站與從站及遠(yuǎn)程I/O之間的數(shù)據(jù)通訊，選用了Profibus-DP通訊方式，其優(yōu)點(diǎn)是適合實(shí)時(shí)性要求高、多個(gè)從站設(shè)備位置分散、快速周期性數(shù)據(jù)交換等場(chǎng)合。通訊速率：不小于10Mbps。

4、硬件配置

上安電廠無人值守斗輪機(jī)控制系統(tǒng)硬件采用施耐德的Modicon M580系統(tǒng)，電控室主站的CPU采用BMEP582040，以太網(wǎng)通信模塊為BMENOC0301，Profibus-DP通信模塊為TCSEGPA23F14F，電源與CPU配套使用，輸入輸出模塊均采用X80系列完成數(shù)據(jù)采集及設(shè)備控制。

五、控制系統(tǒng)軟件介紹

1、編程軟件界面

本系統(tǒng)采用施耐德Unity Pro XL V13.0中文版軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。各工程師站和操作員站工控機(jī)均預(yù)先安裝Windows 10 企業(yè)版系統(tǒng)。為了保證工程師站對(duì)操作員站的下載，需要工程師站和操作員站有一個(gè)公共用戶，同時(shí)工程師站需要以該公共用戶登陸，操作員站則可以以任何用戶登陸。

Unity Pro XL V13.0用戶界面由如下構(gòu)成：分為菜單欄（1），工具欄（2），項(xiàng)目瀏覽器（3），編輯器窗口（4），用于直接訪問編輯器窗口的選項(xiàng)卡（5），信息窗口（6），狀態(tài)欄（7）。

2、系統(tǒng)軟件編程

Unity Pro XL編程可以使用ST、IL、FBD、SFC、LD多種語言進(jìn)行編程，而本身自帶的功能塊幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有的控制功能。所以本程序中只有少量電機(jī)控制采用了自己編制的功能塊，其他都采用標(biāo)準(zhǔn)庫中的功能塊。采用自帶的功能塊進(jìn)行程序編制時(shí)，程序生成后，錯(cuò)誤信息會(huì)自動(dòng)在信息窗口中顯現(xiàn)，在信息窗口點(diǎn)擊錯(cuò)誤信息后會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤界面手動(dòng)進(jìn)行修改，直至生成后無故障信息。

典型的自己編制的功能塊，這是一個(gè)電動(dòng)閥啟停功能塊;這個(gè)功能塊可以在程序中反復(fù)調(diào)用，當(dāng)遇到同類型的電磁閥時(shí)就可以調(diào)用這個(gè)功能塊，只要在相應(yīng)的管腳輸入相對(duì)應(yīng)的信號(hào)即可，而不必反復(fù)編程，減少了程序員的工作量，右邊帶有HMI的管腳信號(hào)可以和上位機(jī)數(shù)據(jù)庫相連，然后把這些信號(hào)在上位機(jī)畫面顯示出來，把過程控制變得更容易監(jiān)控。

3、監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中畫面組態(tài)采用施耐德觸摸屏編程軟件Vijeo Designer Basic實(shí)現(xiàn)。在應(yīng)用程序編制的過程中畫面上的變量和編程軟件中的變量連接好，報(bào)警也在功能塊編制時(shí)一并編制，組態(tài)畫面時(shí)同時(shí)需要把總體畫面按照實(shí)際布局情況畫好即可。

六、結(jié)論

整個(gè)斗輪機(jī)無人值守遠(yuǎn)程堆取料控制系統(tǒng)投入使用后性能穩(wěn)定可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高、堆取煤穩(wěn)定率都得到大幅度提高，操作工人工作環(huán)境大大改善，提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了預(yù)期效果。通過斗輪機(jī)無人值守遠(yuǎn)程堆取料控制、實(shí)施，進(jìn)一步加深了對(duì)施耐德Modicon M580 自動(dòng)化產(chǎn)品的了解。

參考文獻(xiàn)：

[1] 斗輪機(jī)全自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)介紹_20200106.pptx.

[2] 火電廠斗輪式堆取料機(jī)全自動(dòng)作業(yè)流程-1.pdf

[3] 中盛博方PLC穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)方案及措施20191219.docx.

[4] 施耐德M580-catalog-16-CN.pdf.

[5] 施耐德M580硬件參考手冊(cè).pdf.