卸煤生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫林旺，吳建設(shè)，薛 潑，田 剛，陳玲琴

（國家能源集團(tuán)華北電力有限公司霍州發(fā)電廠，山西臨汾 031400）

發(fā)電廠的翻車機(jī)卸煤生產(chǎn)線由4個(gè)部分構(gòu)成：翻車、牽重車、遷空車和推空車等。但由于該生產(chǎn)線具有多種類型設(shè)備，在集中控制的方式下，容易出現(xiàn)人工操作失誤的問題。因此，本文結(jié)合可編程控制器，開發(fā)了一種卸煤自動(dòng)控制系統(tǒng)。該自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要目的是為了進(jìn)一步促進(jìn)卸煤生產(chǎn)線的自動(dòng)控制水平得到提高，以此降低工作人員的工作量。這樣既可以提升卸煤工作效率，還可以保證卸煤系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。所以，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在未來卸煤作業(yè)方面具有廣闊的發(fā)展前景[1]。

1 卸煤生產(chǎn)線概述

發(fā)電廠卸煤生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)卸煤作業(yè)設(shè)備的控制，使得相關(guān)運(yùn)輸設(shè)備按照既定的生產(chǎn)流程正常運(yùn)行，讓運(yùn)煤設(shè)備自動(dòng)完成重車調(diào)入空車遷移、集結(jié)以及原煤翻卸等作業(yè)。而卸煤生產(chǎn)線的工藝流程由重調(diào)機(jī)、翻車機(jī)以及遷車臺(tái)和空調(diào)機(jī)等設(shè)備組成[2]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

2.1 功能分析

該卸煤系統(tǒng)主要由PLC 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、通信模塊以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等多個(gè)部分構(gòu)成，卸車自動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，該部分可以實(shí)現(xiàn)采集各設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，分析后發(fā)出自動(dòng)運(yùn)行指令，協(xié)調(diào)控制卸車機(jī)和清掃機(jī)作業(yè)。具體見圖1所示。

圖1 卸煤系統(tǒng)功能分析

2.1.1 PLC通信與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能分析

卸煤生產(chǎn)過程中，其現(xiàn)場運(yùn)行信號(hào)可以劃分為多個(gè)部分，如操作信號(hào)、卸煤生產(chǎn)線作業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及位置、連鎖關(guān)系信號(hào)和故障問題等部分。其中通信部分和數(shù)據(jù)采集部分實(shí)現(xiàn)了對(duì)卸煤作業(yè)過程，現(xiàn)場運(yùn)行信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)采集的開發(fā)。因此，該方面的功能設(shè)計(jì)，需要通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)與PLC 通信的鏈接，而數(shù)據(jù)采集方面可以借助數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)卸煤現(xiàn)場實(shí)際情況的數(shù)據(jù)采集[3]。

2.1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)卸煤生產(chǎn)過程進(jìn)行整體監(jiān)控和對(duì)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測而開發(fā)的。如從模擬動(dòng)畫顯示和運(yùn)行信號(hào)顯示等方面來分析：①從模擬動(dòng)畫反面來看，通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)還原，可以充分地反映出該信號(hào)對(duì)應(yīng)時(shí)刻整個(gè)卸煤生產(chǎn)過程現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，還可以通過利用動(dòng)畫的方式將系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程模擬出來，然后通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的不斷更新，就能夠?qū)崿F(xiàn)卸煤生產(chǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示。②從運(yùn)行信號(hào)方面來看，可以通過利用不同的作業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分類和處理，并通過對(duì)設(shè)備信號(hào)的作業(yè)狀態(tài)檢測，以此來確定系統(tǒng)的工作狀況。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

卸煤系統(tǒng)智能運(yùn)行控制平臺(tái)，該平臺(tái)應(yīng)具有高度開放、功能模塊豐富、信息系統(tǒng)安全等特點(diǎn)，具體可劃分為卸車場自動(dòng)控制部分、卸車機(jī)以及安全預(yù)警、列出定位檢測和清掃機(jī)等部分。同時(shí)，卸車場自動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)場站的核心，采集各設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，分析后發(fā)出自動(dòng)運(yùn)行指令，協(xié)調(diào)控制卸車機(jī)和清掃機(jī)作業(yè)[4]。如該系統(tǒng)共設(shè)有卸車機(jī)6臺(tái)，清掃機(jī)2臺(tái)。并且，為了找尋卸煤車及其車廂的準(zhǔn)確位置，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中還需要配置列車定位檢測系統(tǒng)。卸煤自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，且由控制中心和智能中心及各種接口組成。

圖2 電廠自動(dòng)卸車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

①控制中心主要用于處理實(shí)時(shí)性和可靠性要求高的任務(wù)，其核心是一臺(tái)組合式可編程控制系統(tǒng)?？刂浦行耐ㄟ^網(wǎng)絡(luò)接口與卸車機(jī)控制系統(tǒng)、清掃機(jī)控制系統(tǒng)組成實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，場站其他的信號(hào)輸入及設(shè)備控制也通過實(shí)時(shí)I/O 接口接入控制中心。②智能中心用于處理實(shí)時(shí)性要求較低，但需大量分析運(yùn)算的任務(wù)，智能中心的核心是一臺(tái)高性能工控機(jī)并配大型顯示器，數(shù)據(jù)庫是運(yùn)行在智能中心的軟件。此外，智能中心與控制中心通過網(wǎng)絡(luò)接口聯(lián)接，并承擔(dān)控制中心的實(shí)時(shí)信息展示功能，控制中心不另配操作員站。

2.3 硬件配置設(shè)計(jì)

2.3.1 PLC程控系統(tǒng)模塊

卸煤PLC 程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)卸煤生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，因此針對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要充分認(rèn)識(shí)到卸煤系統(tǒng)對(duì)電廠的重要以及控制要求，如被控對(duì)象的驅(qū)動(dòng)條件，來確定所需的設(shè)備。從PLC 選型方面，可以結(jié)合卸煤生產(chǎn)線的控制要求，來確定對(duì)應(yīng)的功能模塊、I/O 類型和存儲(chǔ)模塊，這樣既能夠滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，還能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供可調(diào)試空間和擴(kuò)展性。并且，還需要針對(duì)每個(gè)制定的I/O 點(diǎn)設(shè)置一個(gè)易于識(shí)別的字母，以此方便后期程序的編寫。

2.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)模塊

該部分設(shè)計(jì)通過利用計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)以及面向?qū)ο蟪绦虻脑O(shè)計(jì)方法和動(dòng)畫顯示技術(shù)等多方面的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了卸煤系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)過程的整體監(jiān)視功能、信號(hào)狀態(tài)顯示功能以及相關(guān)操作記錄查詢等。

2.3.3 故障診斷系統(tǒng)

在卸煤生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為了確保卸煤生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，促進(jìn)卸煤設(shè)備的利用效率提高，在系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，還需要在系統(tǒng)當(dāng)中融入故障預(yù)測和故障發(fā)生后能夠及時(shí)迅速地進(jìn)行判斷和故障處理等功能。因此，在此部分設(shè)計(jì)時(shí)，可以從系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)管理和維護(hù)、故障預(yù)測、故障報(bào)警以及故障專家診斷和故障顯示記錄、故障記錄查詢等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)卸煤生產(chǎn)線中存在的故障問題進(jìn)行預(yù)測、檢測和報(bào)警、診斷與查詢等服務(wù)[5]。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 上位機(jī)編程

該軟件設(shè)計(jì)，主要利用Delphi 軟件與面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）技術(shù)的組態(tài)設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)4種功能，從軟件操作方面來看，在計(jì)算機(jī)中配置一個(gè)控制面板，并將現(xiàn)有的按鈕與開關(guān)等，通過Delphi 中的按鈕控件來實(shí)現(xiàn)，并將其集中到控制面板當(dāng)中，然后通過現(xiàn)場模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的控制。從實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示方面來看，可以將翻車機(jī)現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備，通過對(duì)應(yīng)的圖片進(jìn)行替代，并結(jié)合實(shí)際卸煤場的位置，利用一定的比例將所收集的圖像集中在畫面當(dāng)中，接著將從PLC讀取的數(shù)據(jù)結(jié)合邏輯運(yùn)算達(dá)到調(diào)整圖形的目的，以此結(jié)合現(xiàn)場的情況同步改變對(duì)應(yīng)的效果。然后，信號(hào)分類顯示和其他方面，可以將控制系統(tǒng)讀取到的信號(hào)劃分為4種類型：操作、檢測、輸出和燈信號(hào)燈。這樣一來可以讓工作人員通過對(duì)相關(guān)信號(hào)的檢測來判斷對(duì)應(yīng)開關(guān)按鈕的完好程度。

同時(shí)，考慮卸煤現(xiàn)場的實(shí)際情況，按鈕會(huì)結(jié)合需要發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化，因此在該程序設(shè)計(jì)上，還可以設(shè)計(jì)一個(gè)新的TSoftButton 類，使其成為一個(gè)軟件操作按鈕控件，這樣一來，在后期的設(shè)計(jì)與修改過程中，只需要通過對(duì)其相關(guān)屬性進(jìn)行修改即可。具體編程代碼：

2.4.2 軟操作與動(dòng)畫配合

在集中控制方面，操作人員還可以通過工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場卸煤情況進(jìn)行觀察，以及對(duì)卸煤車車廂位置配置，如是否將重調(diào)車抬臂到相關(guān)位置或者翻機(jī)車到位，將其和實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示進(jìn)行有效結(jié)合。軟操作和實(shí)時(shí)動(dòng)畫設(shè)計(jì)方面，針對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示的實(shí)現(xiàn)就需要利用形象的圖像來表示現(xiàn)場的設(shè)備。因此，對(duì)應(yīng)的程序運(yùn)行過程當(dāng)中，利用上位機(jī)就可以從PLC 中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。同時(shí)，結(jié)合相應(yīng)的規(guī)制實(shí)施邏輯預(yù)算分析，最后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，對(duì)整個(gè)設(shè)備及對(duì)應(yīng)圖片的位置以及狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。并且，還可以對(duì)部分重要的信號(hào)以及所對(duì)應(yīng)的畫面上的圖片以及文字等進(jìn)行提示作用。所以，想要實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫實(shí)時(shí)顯示與現(xiàn)場情況的同步，一般情況下需要每秒從PLC 讀取5次數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行有效調(diào)整。從而使得工作人員能夠更加直觀地獲取到卸煤現(xiàn)場的信息，并做出對(duì)應(yīng)的操作。

2.5 上位機(jī)和PLC通信

在卸煤自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，自動(dòng)控制系統(tǒng)作為下位機(jī)，想要實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信，就需要構(gòu)建一個(gè)上位連接系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的鏈接可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的命令交換與響應(yīng)。因此，在該部分設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用C 語言對(duì)其進(jìn)行編輯，并做出動(dòng)態(tài)鏈接的形式，借助代碼指令向上位機(jī)發(fā)出響應(yīng)信號(hào)。不過，整個(gè)過程由上位機(jī)作為主導(dǎo)，只有上位機(jī)向PLC 發(fā)出相應(yīng)的通信指令時(shí)，需要通過計(jì)算機(jī)向控制系統(tǒng)發(fā)出通信信號(hào)，最后控制系統(tǒng)才會(huì)給予響應(yīng)[6]。

2.6 避免誤操作

由于卸煤系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中不同設(shè)備之間存在相互聯(lián)鎖的情況，因此其不同類型的按鈕操作前都具備相應(yīng)的前提條件。如，當(dāng)進(jìn)行重調(diào)機(jī)推空車入臺(tái)到位時(shí)，只有遷臺(tái)車才能夠進(jìn)行相應(yīng)的操作，并將空車逐步遷向空車線位置上。如果空車入臺(tái)沒有到位，那么操作遷向的空車線按鈕就為誤操作，且部分誤操作可能會(huì)造成并引發(fā)嚴(yán)重的事故問題，如翻車，導(dǎo)致翻車機(jī)損壞。因此，在針對(duì)操作方面的設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇利用消息模式對(duì)其進(jìn)行控制，并對(duì)設(shè)備上不同的按鈕動(dòng)作的控制條件進(jìn)行整理，當(dāng)相關(guān)工作人員選擇對(duì)應(yīng)的按鈕操作時(shí)，相關(guān)程序就會(huì)對(duì)是否滿足控制條件進(jìn)行判斷，然后選擇是否進(jìn)行下一步操作。這樣一來就可以有效避免由誤操作導(dǎo)致的事故情況發(fā)生。

3 實(shí)踐分析

卸煤生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在黃石火電廠中的應(yīng)用過程當(dāng)中，通過對(duì)原系統(tǒng)硬件模擬硬盤上的按鈕進(jìn)行相應(yīng)的處理后，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的自動(dòng)化操作控制，還能夠讓工作人員借助系統(tǒng)上簡易的操作按鈕，就能夠有效降低卸煤工作的工作量和難度。

4 結(jié)束語

基于PLC 控制技術(shù)設(shè)計(jì)的卸煤生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過將上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，開發(fā)實(shí)現(xiàn)的卸煤系統(tǒng)，不僅可以幫助工作人員遠(yuǎn)離卸煤現(xiàn)場，還能夠借助計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)卸煤自動(dòng)控制，以此最大化降低卸煤過程當(dāng)中存在的故障問題，從而推動(dòng)電廠經(jīng)濟(jì)效益得到提升。但該系統(tǒng)的軟件功能還有待進(jìn)一步的優(yōu)化與完善，只有這樣才能夠充分地滿足電廠的實(shí)際需求。