鞠進(jìn)，馮倩，張煥榮

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

1 工藝系統(tǒng)概述

惠州荃灣港煤碼頭位于廣東省惠州市大亞灣西北部、純洲島邊，是粵東地區(qū)最大的煤炭碼頭，規(guī)劃建設(shè)3個(gè)7萬噸級(jí)泊位及其配套設(shè)施，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)2個(gè)7萬噸級(jí)煤炭卸船泊位及相應(yīng)的配套設(shè)施，達(dá)產(chǎn)設(shè)計(jì)年卸煤能力1500萬噸。煤炭集運(yùn)全部由散貨船從北方或海外海運(yùn)至碼頭，卸船后經(jīng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)儲(chǔ)存于煤堆場(chǎng)，再經(jīng)鐵路和公路轉(zhuǎn)運(yùn)部分電廠和社會(huì)用煤，也可通過帶式輸送機(jī)系統(tǒng)直供附近用煤企業(yè)。港口規(guī)模大，需要有性能穩(wěn)定、自動(dòng)化水平高、設(shè)備先進(jìn)的控制系統(tǒng)以及擴(kuò)展性高、可靠性安全、易操作的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的配合，實(shí)現(xiàn)港區(qū)管控一體化功能。一期工程裝卸設(shè)備共19條皮帶機(jī)，總長(zhǎng)達(dá)11.5公里，碼頭前沿配備4臺(tái)1800t/h橋式抓斗卸船機(jī)。煤堆場(chǎng)布置5臺(tái)堆取3600t/h的斗輪堆取料機(jī)。沿鐵路配備2臺(tái)3600t/h的軌道式移動(dòng)裝車機(jī)。工藝流程有卸船至堆場(chǎng)；堆場(chǎng)至裝火車；堆場(chǎng)至外運(yùn)；煤場(chǎng)至港外。最大同時(shí)作業(yè)流程有卸船至堆場(chǎng)2路；堆場(chǎng)至裝火車2路；堆場(chǎng)至外運(yùn)1路。為了環(huán)保，在每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站落料處設(shè)置除塵設(shè)備，防治落料處出現(xiàn)揚(yáng)塵。煤炭堆場(chǎng)附近還配備了灑水除塵系統(tǒng)，用于堆場(chǎng)的灑水抑制揚(yáng)塵，安裝噴槍共計(jì)136套。根據(jù)工藝要求，中控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成19條皮帶機(jī)、皮帶保護(hù)附屬設(shè)備、11臺(tái)大型裝卸設(shè)備與港口信息管理系統(tǒng)的信息交換以及港內(nèi)全部工藝流程的控制。

2 中控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

中控系統(tǒng)作為管控系統(tǒng)的中樞，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)及附屬設(shè)備的控制、與單機(jī)設(shè)備的通訊，也是實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的信息交換的橋梁。此系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備狀況上傳至管理系統(tǒng)中，再經(jīng)過管理系統(tǒng)的任務(wù)下達(dá)，實(shí)現(xiàn)控制相應(yīng)工藝流程設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)、開放的分布式總線控制體系，將被控對(duì)象I/O信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸至控制系統(tǒng)，為此每臺(tái)設(shè)備配置具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能的就地智能控制器，防護(hù)等級(jí)為IP67，通信協(xié)議為PROFIBUS-DP。就地智能控制器具有工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口、電源接口以及I/O接口，自帶CPU，具備智能可編程功能，系統(tǒng)功能的擴(kuò)展不再依賴主控制器的處理能力。就地智能控制器可向中控室提供輸入信息和智能化判斷功能。根據(jù)總圖布局，將現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備劃分為若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線式區(qū)域網(wǎng)絡(luò)智能控制器。區(qū)域內(nèi)的就地智能控制器通過工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線接入?yún)^(qū)域網(wǎng)絡(luò)智能控制器，并通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)智能控制器與布置于控制室的主控制器雙向通訊。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為多層面樹狀體系，主干網(wǎng)采用萬兆以太網(wǎng)技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件。此系統(tǒng)對(duì)內(nèi)采用C/S模式，對(duì)外采用B/S模式，結(jié)構(gòu)采用快速交換式以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP。磁盤陣列采用RAID控制卡保證數(shù)據(jù)安全和快速交換，配置應(yīng)用服務(wù)器為Web、OA以及生產(chǎn)過程監(jiān)控提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)、對(duì)外的信息交換。

3 中控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)功能

（1）順序控制功能?？刂乒δ苁怯霉た貦C(jī)通過軟功能鍵對(duì)輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序控制、單機(jī)聯(lián)鎖啟停及調(diào)試過程中無聯(lián)鎖的單機(jī)啟停控制功能。操作控制分程控自動(dòng)、程控手動(dòng)及就地手動(dòng)三種方式。

（2）監(jiān)視報(bào)警功能。具體功能包括：在LCD上顯示故障設(shè)備、性質(zhì)、時(shí)間等；打印故障內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間；系統(tǒng)發(fā)出語音報(bào)警；歷史數(shù)據(jù)記錄與查詢等。

（3）計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)功能。按照港區(qū)運(yùn)輸裝卸工藝流程和管理要求，計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)具備的功能包括進(jìn)出港口船舶資料錄入和輸出；與船方、貨主、貨代之間數(shù)據(jù)交換功能；進(jìn)出港區(qū)的散貨動(dòng)態(tài)和信息錄入；生成單證；編制船舶卸載、配載及散貨裝卸作業(yè)順序功能；散貨堆存及在港的移動(dòng)信息；實(shí)時(shí)調(diào)度和管理大型機(jī)械功能；計(jì)算費(fèi)用及報(bào)表；內(nèi)部和外部查詢功能。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括的功能模塊有原始資料錄入、單證管理、裝車卸船管理、堆場(chǎng)管理、閘口管理、計(jì)劃與調(diào)度、計(jì)費(fèi)管理、統(tǒng)計(jì)查詢、客戶管理、系統(tǒng)維護(hù)等。

（4）系統(tǒng)承擔(dān)與各單機(jī)PLC系統(tǒng)信息通訊功能。碼頭卸船機(jī)、堆取料機(jī)設(shè)備由制造廠家提供PLC系統(tǒng)，經(jīng)光纖通信接口與碼頭PLC控制系統(tǒng)連接。實(shí)現(xiàn)對(duì)大型設(shè)備的起升開閉機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、懸臂皮帶機(jī)機(jī)構(gòu)以及斗輪機(jī)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)視及執(zhí)行指令下放功能。

（5）系統(tǒng)承擔(dān)與翻車機(jī)設(shè)備PLC系統(tǒng)通訊功能。翻車機(jī)控制系統(tǒng)可提供作業(yè)狀態(tài)、翻車節(jié)數(shù)、運(yùn)行故障狀態(tài)以及除塵灑水動(dòng)作的信息。中控系統(tǒng)向翻車機(jī)發(fā)送準(zhǔn)許給料命令，反饋輸送皮帶運(yùn)行信號(hào)以及煤炭積累量信息。

（6）系統(tǒng)承擔(dān)與堆場(chǎng)灑水系統(tǒng)的通訊功能。中控系統(tǒng)對(duì)堆場(chǎng)作業(yè)情況、煤場(chǎng)堆垛的狀況以及大型設(shè)備行走位置的判斷，發(fā)送指令至灑水控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)位置噴槍動(dòng)作控制。

（7）系統(tǒng)承擔(dān)與各單機(jī)系統(tǒng)硬線聯(lián)鎖功能。港區(qū)大型設(shè)備多，通訊中斷會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制癱瘓，為了適應(yīng)作業(yè)中的工藝設(shè)備，除光纖通訊外亦用硬線聯(lián)鎖控制方式傳遞數(shù)字信息。

4 中控系統(tǒng)硬件組成

控制系統(tǒng)設(shè)置1套控制主站（SIEMENS S7-400系列）和22個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線區(qū)域（皮帶分為20個(gè)區(qū)域，變電所分為2個(gè)區(qū)域）。主站設(shè)在碼頭中控室，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)智能控制器設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域箱及變電所內(nèi)，中控室包含操作站、工程師站、控制主站、交換機(jī)、控制服務(wù)器、打印機(jī)、UPS電源及其他輔助設(shè)備等?，F(xiàn)場(chǎng)總線模塊包括區(qū)域網(wǎng)絡(luò)智能控制器、就地智能控制器、溫度測(cè)量智能控制器、智能定位裝置等。主站CPU、電源及控制總線采用冗余方式。卸船機(jī)和堆取料機(jī)通過硬線連接至現(xiàn)場(chǎng)智能控制器，通過光纖接口方式接入碼頭PLC主系統(tǒng)。在兩個(gè)配置相同的主機(jī)架上安裝熱備通訊模塊，熱備模塊通過光纖彼此相連，每個(gè)掃描周期，主CPU根據(jù)自身的I/O狀態(tài)表，通過熱備模塊間的通訊來更新備用CPU的I/O狀態(tài)表，使備用CPU始終與主CPU同步，完全同步地?zé)o擾動(dòng)地進(jìn)行切換。

信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置核心級(jí)和接入級(jí)交換機(jī)，核心交換機(jī)采用框架式模塊化配置；接入交換機(jī)采用固定式。信息處理系統(tǒng)主要配置數(shù)據(jù)服務(wù)器（容錯(cuò)形式服務(wù)器）和硬盤陣列。

5 中控系統(tǒng)軟件組成

（1）PLC程序。此軟件是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控與組態(tài)的必要軟件。程序軟件包具體包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。

（2）操作員站程序。此程序是實(shí)現(xiàn)終端人機(jī)交換接口HMI程序，是建立與PLC之間的數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽、組態(tài)、報(bào)警、圖形及顯示屬性等。上位機(jī)采用GE的IFIX，操作員可直觀生動(dòng)的監(jiān)控畫面，掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，通過上位機(jī)更方便的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。

（3）控制網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。此軟件是確定網(wǎng)絡(luò)更新時(shí)間NUT、節(jié)點(diǎn)地址以及分配情況，實(shí)現(xiàn)與其他各單機(jī)PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)共享及報(bào)表。此軟件是實(shí)現(xiàn)港區(qū)管控一體化的關(guān)鍵，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)無縫橋接，通過微軟Access生成報(bào)表。

6 中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

（1）系統(tǒng)冗余及線路。針對(duì)傳統(tǒng)散料輸送控制系統(tǒng)存在的問題，例如控制對(duì)象分散、干擾嚴(yán)重、保護(hù)裝置沿線設(shè)備信號(hào)難以全部接入；電纜用量大；自動(dòng)化程度一般等，在智能化、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，利用總線制智能控制系統(tǒng)，集測(cè)量、控制、執(zhí)行于一體的可編程控制單元，做到總線冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并分散控制，智能控制器的分散布置可以節(jié)約信號(hào)電纜，有效縮短工期。

（2）與第三方設(shè)備通訊。卸船機(jī)、堆取料機(jī)以及裝車機(jī)設(shè)備配置安川PLC系統(tǒng)，為了與中控系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，通過接口模塊實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP與中控PLC系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)不同PLC設(shè)備之間的有效橋接。

7 結(jié)語

在荃灣煤碼頭一期工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，借鑒了國內(nèi)同類型港口操作理念及控制方式，在智能化較高的當(dāng)今，總結(jié)了傳統(tǒng)散貨輸送控制系統(tǒng)存在的問題，彌補(bǔ)了欠缺，所有設(shè)備均采用國際先進(jìn)的控制系統(tǒng)設(shè)備，自動(dòng)化程度高，作業(yè)效率快，也是國內(nèi)少有的設(shè)計(jì)施工總承包的大型煤炭裝卸港口項(xiàng)目。目前，一期工程碼頭完成了卸船流程的輕載及重載試車，調(diào)試順利，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通訊響應(yīng)迅速。同時(shí)，碼頭完成2艘7萬噸級(jí)煤船（“華強(qiáng)”號(hào)、“協(xié)海開拓”號(hào)）靠泊以及4臺(tái)卸船機(jī)24h連續(xù)卸船作業(yè)。至此，首次24h滿負(fù)荷連續(xù)卸船調(diào)試作業(yè)安全并順利完成，各設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行良好。整個(gè)碼頭配備世界先進(jìn)煤炭裝卸設(shè)備，致力于打造國際一流煤炭碼頭運(yùn)輸系統(tǒng)，國際一流煤炭碼頭。