張?chǎng)雾?，趙鑫鑫

（1.河北港口集團(tuán)，河北秦皇島 066000；2.河北省地球物理勘察院，河北廊坊 065000）

0 引言

在散貨碼頭煤炭運(yùn)輸過(guò)程中，由于煤種、天氣等原因，煤炭堆存過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生煤溫過(guò)熱自燃現(xiàn)象，目前主要依靠人工檢測(cè)煤垛溫度，由于檢測(cè)人員數(shù)量有限、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制等原因，在整個(gè)裝船作業(yè)過(guò)程中，檢測(cè)人員無(wú)法時(shí)刻檢測(cè)煤炭溫度，只能采取定時(shí)檢查、重點(diǎn)抽查的策略，一旦因?yàn)槁z導(dǎo)致熱煤進(jìn)入皮帶線，則會(huì)損壞沿線設(shè)備引發(fā)火災(zāi)，熱煤進(jìn)入船艙還可能發(fā)生自燃，不但嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，處理時(shí)由于在船艙內(nèi)產(chǎn)生有害氣體又有安全風(fēng)險(xiǎn)，如發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，高溫會(huì)破壞貨船自身鋼結(jié)構(gòu)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失及安全風(fēng)險(xiǎn)。

為提升客戶服務(wù)質(zhì)量，加強(qiáng)安全管控及裝船質(zhì)量管控，減少裝船過(guò)程中由于熱煤發(fā)現(xiàn)不及時(shí)導(dǎo)致的質(zhì)量和安全事故，在取料機(jī)懸皮處安裝“煤溫線上檢測(cè)系統(tǒng)”，實(shí)時(shí)檢測(cè)安裝位置處的溫度變化情況，彌補(bǔ)人工無(wú)法實(shí)現(xiàn)全天候檢測(cè)的不足，達(dá)到減少熱煤漏檢的目的。

1 技術(shù)方案

1.1 設(shè)計(jì)思路

在取料機(jī)懸皮上方安裝一臺(tái)在線式紅外溫度檢測(cè)裝置，該裝置集成紅外溫度測(cè)溫儀和無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)模塊，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)皮帶上方煤流的溫度，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)OPC 將數(shù)據(jù)寫入到相關(guān)PLC。為便于工作人員掌握取料機(jī)處煤流溫度，在生產(chǎn)控制系統(tǒng)上位機(jī)、各取料機(jī)上位機(jī)分別添加溫度實(shí)時(shí)顯示界面；結(jié)合流程運(yùn)行情況、取料機(jī)運(yùn)行信號(hào)、取料機(jī)皮帶秤流量等數(shù)據(jù)，在上位機(jī)添加超溫報(bào)警功能，煤溫過(guò)高時(shí)提醒工作人員采取應(yīng)急措施。

煤溫在線檢測(cè)系統(tǒng)主要由3 部分構(gòu)成，即溫度采集模塊、無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)采集處理軟件。其中，溫度采集模塊的核心是Omega 公司的OS137 系列緊湊型非接觸式紅外線溫度傳感器，該傳感器將溫度檢測(cè)元件與單片機(jī)控制器封裝在具有IP65 防護(hù)等級(jí)的不銹鋼外殼中，可通過(guò)外置掛架安裝；無(wú)線通信模塊采用一主多從模式，7 臺(tái)取料機(jī)各安裝1 個(gè)從站，負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào)發(fā)送到1 臺(tái)主站，主站負(fù)責(zé)接收從站的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器負(fù)責(zé)讀取無(wú)線主站數(shù)據(jù)，并將其寫入到1 號(hào)變電站PLC 內(nèi)存。

綜合分析作業(yè)過(guò)程的實(shí)際情況，考慮到實(shí)施成本、維護(hù)成本及使用效果等，項(xiàng)目方案的特點(diǎn)：①系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)人值守；②非接觸式檢測(cè)，響應(yīng)度高；③檢測(cè)數(shù)據(jù)寫入控制系統(tǒng)PLC，后期可根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；④測(cè)溫儀主站和從站之間采用無(wú)線通信，降低施工維護(hù)成本。

1.2 設(shè)備選型方案

（1）紅外線溫度采集模塊。Omega 公司的OS137 紅外線溫度傳感器采用紅外線測(cè)溫原理，無(wú)需與被測(cè)物體接觸即可準(zhǔn)確測(cè)量物體表面溫度，該系列包括多種型號(hào)，有各種功能和選件，標(biāo)準(zhǔn)功能包括：可調(diào)節(jié)的發(fā)射率，10∶1 光學(xué)視場(chǎng)，可調(diào)節(jié)的報(bào)警設(shè)定值和驅(qū)動(dòng)外部繼電器的電壓輸出，以及6 種預(yù)選模擬信號(hào)輸出，可與所有儀表、控制器、數(shù)據(jù)記錄器、記錄儀、計(jì)算機(jī)板卡等連接，用于電源和輸出連接的1.8 m 屏蔽電纜。

（2）無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通信模塊。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)選用基于LoRa無(wú)線通信技術(shù)的通信模塊，LoRa 是LPWAN 通信技術(shù)中的一種，是基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供了一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感器網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa 主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433 MHz、868 MHz 和915 MHz 等。本項(xiàng)目使用433 MHz 頻段，采用一主多從的組網(wǎng)方式，配置1 臺(tái)主站，7 臺(tái)從站，主站周期性讀取從站數(shù)據(jù)。

為避免惡劣天氣對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊的影響，為模塊加裝了鋁合金外殼，外接鋼化玻璃天線，整個(gè)無(wú)線模塊與外界空氣隔絕，在加強(qiáng)了設(shè)備散熱的同時(shí)，避免水分對(duì)設(shè)備的損壞，保障設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

1.3 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的傳輸和處理

煤溫線上檢測(cè)系統(tǒng)安裝完成以后，其檢測(cè)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)以下步驟最終寫入控制系統(tǒng)PLC。

（1）紅外線測(cè)溫儀將采集到的被測(cè)點(diǎn)處溫度值，通過(guò)RS485端口發(fā)送給無(wú)線從站。

（2）無(wú)線主站輪流讀取各從站的數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，通過(guò)網(wǎng)線發(fā)送到控制系統(tǒng)交換機(jī)。

（3）數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)器運(yùn)行的處理軟件讀取無(wú)線主站數(shù)據(jù)，然后通過(guò)OPC 將數(shù)據(jù)寫入1 號(hào)變電站PLC。該軟件運(yùn)行前，需要對(duì)服務(wù)器RSLinx 軟件的DDE/OPC 功能進(jìn)行設(shè)置，如圖1 所示，本項(xiàng)目DDE/OPC 的Topic 名稱為“CFD_SS1”，該Topic 的通信目標(biāo)為右側(cè)的IP 地址“172.16.1.22”、名稱為“CFD_SS1”的1 號(hào)變電站PLC。

數(shù)據(jù)采集處理軟件運(yùn)行界面如圖2 所示，其中，無(wú)線主站的IP 地址和端口號(hào)為“172.16.1.60：38730”，該軟件可將無(wú)線主站的數(shù)據(jù)寫入變電站PLC。

圖1 RSLinx 軟件的DDE/OPC 設(shè)置

圖2 數(shù)據(jù)采集處理軟件運(yùn)行界面

1.4 煤溫?cái)?shù)據(jù)的顯示及超溫報(bào)警

1 號(hào)變電站PLC 接收到煤溫?cái)?shù)據(jù)后，不但需要將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到控制系統(tǒng)上位機(jī)，還需要進(jìn)一步將數(shù)據(jù)發(fā)送給取料機(jī)的PLC，使取料機(jī)司機(jī)可以看到實(shí)時(shí)溫度，并在煤溫過(guò)高時(shí)得到超溫報(bào)警。

（1）煤溫?cái)?shù)據(jù)在控制系統(tǒng)上位機(jī)的顯示。為了能夠在控制系統(tǒng)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示煤溫變化情況，使用FactoryTalk View Studio SE 軟件，將PLC 中的煤溫?cái)?shù)據(jù)寫入到控制系統(tǒng)SE 服務(wù)器，通過(guò)該服務(wù)器將煤溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)布到所有控制系統(tǒng)上位機(jī)。

在裝船作業(yè)流程界面取料機(jī)圖標(biāo)下添加溫度顯示值，如圖3 所示當(dāng)前煤溫顯示為“R6：29℃”。

另外，在各取料機(jī)的控制界面添加實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，即使取料機(jī)沒(méi)有參與流程，也能顯示出皮帶表面的當(dāng)前溫度，通過(guò)不同取料機(jī)之間溫度值比對(duì)，便于工作人員了解當(dāng)前的室外溫度，同時(shí)在測(cè)溫儀出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并維修，避免作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)超溫報(bào)警漏報(bào)。

圖3 裝船作業(yè)流程煤溫顯示

（2）煤溫?cái)?shù)據(jù)在取料機(jī)上位機(jī)的顯示和報(bào)警。煤溫?cái)?shù)據(jù)在寫入到取料機(jī)PLC 后，與控制系統(tǒng)類似，也是通過(guò)FactoryTalk View Studio SE 將數(shù)據(jù)從PLC 顯示到取料機(jī)上位機(jī)。

在取料過(guò)程中，如果取料機(jī)皮帶秤瞬時(shí)流量超過(guò)500 t/h，取料機(jī)已經(jīng)開(kāi)始上料，如果測(cè)溫儀溫度超過(guò)45 ℃，系統(tǒng)進(jìn)入超溫報(bào)警狀態(tài)，煤溫值由灰色變?yōu)榧t色閃爍，并且司機(jī)室蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，提醒司機(jī)采取應(yīng)對(duì)措施。

2 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭主產(chǎn)地由山西向內(nèi)蒙地區(qū)轉(zhuǎn)移，高硫易燃煤炭貨源增加，著火煤的處理給中轉(zhuǎn)運(yùn)輸企業(yè)帶來(lái)很多問(wèn)題。煤炭線上檢測(cè)系統(tǒng)的使用，保證了設(shè)備的安全，降低由火煤引起的安全風(fēng)險(xiǎn)，也為著火煤的處理提供時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)。