白棟材

（神華黃驊港務公司信息中心，河北省黃驊市，061113）

1 黃驊港三期筒倉概況

1.1 筒倉工藝布置

黃驊港三四期筒倉集群位于碼頭西側(cè)，共48座，分為南北4座，東西12座的矩陣。東西走向12座筒倉構(gòu)成一條堆取料作業(yè)線，每條作業(yè)線設2條進倉帶式輸送機 （布置在筒倉頂部，東西各一條）和2條出倉帶式輸送機 （布置在地面以上，貫穿東西）。同一作業(yè)線上相鄰筒倉中心相距46m，相鄰作業(yè)線上筒倉中心相距51 m，筒倉采用全地上式，倉下帶式輸送機布置在地面以上。倉底對稱布置6個出煤口，頂部帶式輸送機兩側(cè)分別布置一條長36m、寬1m 的進煤口。黃驊港三四期工程取裝線工藝流程主要由以下幾部分組成：中控及翻車機房，BQ、BC、BM 帶式輸送機，變電所，轉(zhuǎn)接機房，活化給料機CT，伸縮頭和裝船機。筒倉工藝流程如圖所示1。

圖1 筒倉工藝流程圖

1.2 筒倉工藝流程編號

黃驊港三四期：翻堆線的皮帶傳輸方向是：BF—BH—BD—筒倉；取裝線的皮帶傳輸方向是：BQ—BC—BM—船艙。流程編號為X1X2X3X4 X5X6 六位組合。

X1表示工程

X1=1 表示一期流程

X1=2 表示二期流程

X1=3表示三期流程

X2表示流程類型

X2=1表示翻堆線流程

X2=2表示取裝線混配煤出料流程

X2=3表示取裝線單倉出料流程

X2=4表示直裝流程

X2=5表示倒倉流程

X3表示流程上游設備編號

X4表示流程下游設備編號

X5、X6表示流程序號

2 筒倉集群智能取裝系統(tǒng)總體方案

2.1 管控一體化

為了實現(xiàn)黃驊港三四期工程煤炭的安全、快速、高效周轉(zhuǎn)，需要采用管控一體化系統(tǒng)實現(xiàn)設備控制和生產(chǎn)管理的有機結(jié)合，進而實現(xiàn)整個港口的透明生產(chǎn)，實現(xiàn)黃驊港與上游貨主和下游船代之間的信息交流，打造上下游一體化的數(shù)字港口碼頭；同時借助信息化手段提升內(nèi)力，發(fā)揮信息共享和強大的數(shù)據(jù)挖掘分析能力，提供生產(chǎn)經(jīng)營的某些決策依據(jù)以及戰(zhàn)略層次的相關(guān)數(shù)據(jù)，為管理層提供準確有效的數(shù)據(jù)。通過黃驊港三四期工程管控一體化系統(tǒng)建設，實現(xiàn)在三四期工程中生產(chǎn)企業(yè)管理信息化、信息資源化、傳輸網(wǎng)絡化、管理科學化的現(xiàn)代企業(yè)目標，實現(xiàn)黃驊港務公司內(nèi)部生產(chǎn)、管理信息系統(tǒng)的流程再造，達到提高黃驊港安全、快速、高效發(fā)展的最終目的。裝船作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 裝船作業(yè)流程

2.2 管控系統(tǒng)接口

2.2.1 接口原則

黃驊港的生產(chǎn)管理模式為生產(chǎn)人員在管控一體化系統(tǒng)中制作生產(chǎn)指令 （唯一確定一個作業(yè)流程），發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)帶指令啟動流程，控制系統(tǒng)將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括流程的運行記錄、皮帶秤的實時和累計值、設備的實時狀態(tài)、控制系統(tǒng)中的電氣故障時間點及原因等一切生產(chǎn)所需數(shù)據(jù)，按照管控一體化系統(tǒng)的要求進行數(shù)據(jù)傳輸。

管控一體化系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫模式與控制系統(tǒng)做數(shù)據(jù)接口。管控一體化系統(tǒng)會將指令信息發(fā)送到接口數(shù)據(jù)庫，控制系統(tǒng)需從接口數(shù)據(jù)庫獲取指令，啟動流程運行，啟動后將流程運行記錄按照數(shù)據(jù)格式要求，存入接口數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 接口內(nèi)容

中控人員在管理系統(tǒng)界面選定流程、制作指令，管理系統(tǒng)將指令信息傳入控制系統(tǒng)中的SQL數(shù)據(jù)庫，控制系統(tǒng)在組態(tài)畫面中確認收到的指令，控制系統(tǒng)帶指令號的啟動后的流程信息存入SQL數(shù)據(jù)庫。對于裝船管理，管控系統(tǒng)會發(fā)送移艙命令，裝船機進行接收，裝船機在移艙時控制系統(tǒng)將移艙信息發(fā)送給管控一體化系統(tǒng)。對于卸車管理，控制系統(tǒng)需將實時翻車信息發(fā)送給管控一體化系統(tǒng)，包括開始對車信號、鐵路允許作業(yè)信號、開始作業(yè)信號、作業(yè)結(jié)束信號、允許鐵路對車信號、實時翻車節(jié)數(shù)信息。

2.2.3 接口分界點

管控系統(tǒng)負責三期控制系統(tǒng)SQL 數(shù)據(jù)庫的各表結(jié)構(gòu)建立，負責將此SQL 數(shù)據(jù)與管理系統(tǒng)服務器進行數(shù)據(jù)同步；三期控制系統(tǒng)負責將管理系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)按照管控系統(tǒng)所需的格式和時間存入SQL數(shù)據(jù)庫中。

2.2.4 接口觸發(fā)點和頻率

（1）管理系統(tǒng)下發(fā)計劃指令WORK ＿INSTRUCT。

管理系統(tǒng)做好指令后，會傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中的SQL數(shù)據(jù)庫中。

（2）控制系統(tǒng)反饋計劃指令狀態(tài)WORK＿INSTRUCT。

控制系統(tǒng)反饋指令的執(zhí)行狀態(tài)和執(zhí)行時間，相關(guān)數(shù)據(jù)點：指令狀態(tài) （2-下發(fā)，3-確認，4-執(zhí)行中；5-結(jié)束，6-中控刪除）、開始時間、結(jié)束時間。

（3）管理系統(tǒng)下發(fā)移艙指令SHIP ＿CHANGECABIN。

管理系統(tǒng)做好移艙指令后，會傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中的SQL數(shù)據(jù)庫中。

（4）控制系統(tǒng)反饋移艙指令狀態(tài)SHIP＿CHANGECABIN。

控制系統(tǒng)反饋指令的執(zhí)行狀態(tài)和執(zhí)行時間，相關(guān)數(shù)據(jù)點：指令狀態(tài) （2-下發(fā)，3-確認，4-執(zhí)行中；5-結(jié)束，6-中控刪除）、開始時間、結(jié)束時間。

（5）流程記錄WORK＿FLOWLIST。

觸發(fā)條件：流程開始時，采用INSERT 方式往數(shù)據(jù)庫中增加記錄。

觸發(fā)條件：流程結(jié)束 （結(jié)束原因：1、正常停止；2、切換指令；3、移艙；4、換班；5、故障停機；6、急停）

觸發(fā)條件：移艙-移艙確認后，結(jié)束上一條流程記錄，新增一條流程記錄。相當于流程結(jié)束后再流程開始。

觸發(fā)條件：不停流程的情況下切換指令。

結(jié)束上一條流程記錄，新增一條流程記錄。相當于流程結(jié)束后 （前一條指令號）再流程開始 （后一條指令號）。

（6）皮帶秤實時監(jiān)測WORK＿DCVALUE。 觸發(fā)條件：時間觸發(fā)，每10s一次。

傳輸數(shù)據(jù)項：時間、各皮帶秤瞬時流量 （多字段）、各皮帶秤累計噸位 （多字段）。

（7）大機實時監(jiān)測WORK＿DEVSTATE。

觸發(fā)條件：時間觸發(fā)，每10s一次。

傳輸數(shù)據(jù)項：時間、大機名稱、狀態(tài)類型 （0停止，1運行，2故障）。

此表格只存當前記錄，不存歷史。

（8）翻車機車數(shù)實時表 WORK ＿CD ＿WORKKNUM。

觸發(fā)條件：時間觸發(fā)，每10s一次。

傳輸數(shù)據(jù)項：時間、翻車機名稱、翻車節(jié)數(shù)。

（9）翻車機信號記錄表CDSINGAL。

觸發(fā)條件：時間觸發(fā)，每10s一次。

傳輸數(shù)據(jù)項：時間、翻車機名稱、信號類型（1、鐵路允許作業(yè)，2、開始，3、結(jié)束，4、鐵路開始對車信號）。

3 筒倉集群智能取裝系統(tǒng)核心技術(shù)要點

3.1 工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)

工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)情況如圖3所示。

圖3 工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)

3.2 取裝控制架構(gòu)

取裝控制架構(gòu)如圖4所示。

圖4 取裝控制架構(gòu)

目前中控室供電由15號變電所提供，操作員 （PC端）通過所內(nèi)的PLC主機架獲取取裝線所有帶式輸送機的驅(qū)動信號和其他外圍信號，并可對其進行遠程操作，通過Control Net網(wǎng)絡對伸縮給料機、活化給料機、變頻器等設備進行監(jiān)測和控制。中控室對裝船機和其他變電所PLC 主機架間主要通過以太網(wǎng)實現(xiàn)信息獲取和對外操作。對于取裝流程的控制，其控制權(quán)力可以在中控室和裝船機直接做出符合要求的切換。

3.3 筒倉信息檢測

筒倉信息檢測如圖5所示。

每個筒倉設置6套雷達式料位計并與6個出料口相對應，連續(xù)料位測量時，監(jiān)控管理系統(tǒng)將根據(jù)進出料點的變化修正測量結(jié)果；雷達式料位計通過數(shù)據(jù)通訊和現(xiàn)場I／O 與筒倉安全PLC 控制系統(tǒng)（T3-2轉(zhuǎn)接機房）傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。筒倉安全PLC控制系統(tǒng)再通過MSG 給卸料小車CT 和PLC控制系統(tǒng)取裝線 （15 號變電所）發(fā)送報警、重量、出料口高度排序信息。本工況特點為高粉塵、高噪聲、有一定震動，故物位計要求穿透能力強，不受噪聲、震動影響。物位計檢測點的精度在±10cm之間。響應時間保證檢測的滯后時間不會影響筒倉滿倉和空倉的安全。在中央控制遠程監(jiān)控畫面上實現(xiàn)倉內(nèi)物料的三維動態(tài)顯示，并實現(xiàn)筒倉內(nèi)物料體積的估算，精度控制在5%以下。

圖5 筒倉信息檢測

3.4 智能取裝算法

3.4.1 活化給料具體參數(shù)

（1）針對活化給料機的控制主要包括啟停和給料輸出兩個方面。首先現(xiàn)場達到啟動條件時即可在手動或者自動操作方式下啟動活化給料機，啟動條件包括其沿線帶式輸送機必須處于運行狀態(tài)，并且單機無故障，既具備了啟動條件，中控操作員可以手動或者選定筒倉后經(jīng)程序自動開啟。

（2）活化給料機的給料輸出理論值為每臺0～1350t／h的工程數(shù)字量對應20～4mA 的模擬量信號，實際線性關(guān)系并不理想，實際生產(chǎn)過程中需要根據(jù)經(jīng)驗和程序閉環(huán)功能對給料量根據(jù)設定值進行輸出操控，以達到需要的流量。給料量的大小受到其沿線帶式輸送機運行速度、帶式輸送機設計最大流量的限制，每個沿線需要開啟多臺活化給料機時應考慮輸出量很小也有可能發(fā)生實際出料很多的情況，此情況可以在閉環(huán)控制下經(jīng)過過渡時間得到理想控制。

3.4.2 活化給料模式

活化給料模式如圖6所示。

（1）為了方便操作員操作，將選擇活化給料機進行給料的模式改為選擇筒倉進行給料的模式，選定筒倉后，符合啟動條件的活化給料機自動切換為自動模式，根據(jù)上述判斷不符合啟動條件的活化給料機不能切換為自動模式，自動模式下的活化給料機在相應的工藝流程啟動后，按下活化給料機總開關(guān)，即可按照活化選擇算法開啟，并按閉環(huán)給料算法進行出料，最后達到穩(wěn)定，待皮帶秤測量返回的總累計量達到要求的總量時，自動停止所有沿線活化給料機，使其維持在自動模式下，直到操作員點擊選倉按鍵取消選擇此倉放能回到禁止模式。

圖6 活化給料算法總圖

（2）非配煤情況時每個流程最多可以選擇一個筒倉進行給料，配煤確認時可以選擇兩個筒倉進行給料，每個筒倉的6臺活化給料機根據(jù)上述情況活化選擇系統(tǒng) （自動選擇開啟個數(shù)和順序并自動分配流量），根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的設定最后趨于穩(wěn)定。

3.4.3 活化給料選擇算法

根據(jù)各個筒倉內(nèi)料位高度將其按照高低順序排列并與相應活化給料機進行關(guān)聯(lián)，用以當作判斷需要?；罨o料機時選擇停機順序的依據(jù)。根據(jù)判斷停機有同時停機2臺和同時停機4臺的情況，判斷依據(jù)分為：

（1）設定量小于一定的值 （此值根據(jù)測試中根據(jù)經(jīng)驗得出最佳值）時；

（2）配倉時分配設定值小于一定流量時；

（3）閉環(huán)操作不能繼續(xù)減小或繼續(xù)增加流量的時候進行以料位高度為依據(jù)的活化給料機啟動或者停止的動作。

3.4.4 活化給料閉環(huán)算法

活化給料閉環(huán)算法如圖7所示。

（1）讀取流量大小的設定值和皮帶秤瞬時量數(shù)據(jù)，在檢測到有活化給料機運行之后進行輸出，初次掃描輸出為從理論上的0流量 （實際有一個很小的流量），經(jīng)過1min后開始進行閉環(huán)的給料操作，根據(jù)閉環(huán)程序設置開始對出料量設置值進行增加或者減少的調(diào)整動作，判斷依據(jù)為流量設定值和皮帶秤返回流量值的差值，其差值越大，每次掃描后需要調(diào)整的幅度更大，當判斷所得差值越接近設定值，則調(diào)整幅度減小，最后穩(wěn)定在設定值上下一個很小的可忽略差值范圍內(nèi)。

圖7 活化給料閉環(huán)算法

（2）提前計算出選定筒倉到就近皮帶秤皮帶需要運行的時間，在此時間內(nèi)不進行判斷，達到此設定時間后判斷一次，然后根據(jù)閉環(huán)設置對輸出量進行處理，增大或者減小之后，經(jīng)過相同時間進行下一次判斷，周而復始，直到判斷為在接近設定值后停止變化輸出量，經(jīng)過試驗和記錄，此過程大概持續(xù)3min后可以達到穩(wěn)定。

（3）在一次達到穩(wěn)定后，下次進行取料時如果設定值不發(fā)生變化則直接記憶上次的輸出量進行給料，可以以最快的速度達到理論設定值，如果設定值發(fā)生變化，分為增大和減小兩種變化，設定值增大后，則在上次閉環(huán)穩(wěn)定的輸出量基礎上繼續(xù)進行閉環(huán)操作，直到達到穩(wěn)定，如果設定量減小，則根據(jù)減小的比例將上次閉環(huán)穩(wěn)定后的輸出量進行按同比例縮小進行輸出然后繼續(xù)上述的閉環(huán)動作。

4 筒倉集群智能取裝實現(xiàn)

黃驊港現(xiàn)運行的管控一體化系統(tǒng)是全港指揮、實時生產(chǎn)管理的系統(tǒng)，基于的理念是管控一體化，三四期控制系統(tǒng)必須以此為基礎，遵照管控一體化系統(tǒng)的要求進行控制生產(chǎn)，在生產(chǎn)中的所有管理所需的實時數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)要按照管控一體化系統(tǒng)要求的時間和格式進行數(shù)據(jù)反饋。管控系統(tǒng)中取料裝船過程如圖8所示。

圖8 管控系統(tǒng)中取料裝船過程

圖9 取裝線330813號流程

黃驊港三四期取裝系統(tǒng)取裝線330813號流程如圖9 所示：BQ10-1 和BQ10-2→BC9-1→BM11。流程操作界面中包括的內(nèi)容主要有：

（1）流程所帶帶式輸送機的故障和運行信號，BQ 帶式輸送機上面每隔兩個筒倉有一個皮帶秤，一共12個皮帶秤的瞬時量，分累積量和總累積量信息。

（2）通過流程操作界面可以設定活化給料機（圖10）的總量和瞬時量，并可以顯示所選用活化給料機的分累積量和總累積量，其數(shù)據(jù)曲線可以在右側(cè)的趨勢圖里直觀地表現(xiàn)出來。

（3）流程運行時上面例圖會顯示累積量值和對應的曲線圖；通過此界面還可以讀取流程故障、伸縮頭故障、翻板故障、裝船機故障等所有故障信號的匯總，并可以在右側(cè)的故障列表中得以保存，通過報警確認和報警復位按鈕可以對已消除的故障進行復位操作。

（4）界面中的操作還包括解鎖操作、控制方式的切換、流程啟動、停止和急停等。

（5）帶速設定操作通過界面可以在0速和全速之間進行無級調(diào)速，右側(cè)為滑動帶速設定操作塊，左側(cè)為現(xiàn)場皮帶速度返回數(shù)值。

活化給料機操作界面中包含了每個活化給料機的遠程／機側(cè)、運行、故障信號，啟動、停止指令按鈕，瞬時量的檢測，分累積量和總累積量的顯示等信息，總體操作界面如下圖10所示。

圖10 D8筒倉1-6號活化給料機

5 結(jié)論

神華黃驊港國內(nèi)外首創(chuàng)使用大規(guī)模筒倉集群貯存煤炭，所有煤炭取裝設備形成了一個完整的系統(tǒng)，互相協(xié)調(diào)配合，互為補充。經(jīng)過了一年多的實踐應用，該系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度靈活，運行方式簡單，設備管理集中化，作業(yè)效率較高，實踐證明是一種很好的港口煤炭取裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入使用后，港口生產(chǎn)更加科學合理，資源利用更加充分，實現(xiàn)了效益的最大化。

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［2］ 費海波.筒倉混配式港口配煤系統(tǒng)的技術(shù)分析.北京：交通運輸部水運科學研究院，2011 （6）

［3］ 喬朝起，呂崇曉，閆育俊.黃驊港三期工程中央控制系統(tǒng)設計實現(xiàn).天津：中交一航局安裝工程有限公司，2013

［4］ 唐穎.基于專業(yè)配煤功能的環(huán)保型煤炭碼頭關(guān)鍵生產(chǎn)策略研究.武漢理工大學，2009

［5］ 閆海龍.秦皇島港煤五期取裝線流程逆向啟動技術(shù)設計與實現(xiàn) ［J］.交通節(jié)能與環(huán)保，2010 （2）