桐鄉(xiāng)泰愛斯環(huán)保能源有限公司 馮 宏

2016年中國自動化學(xué)會的發(fā)電自動化專業(yè)委員會組織編寫了《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》，中國電力企業(yè)聯(lián)合會于2018年頒布標準T/CEC164《火力發(fā)電廠智能化技術(shù)導(dǎo)則》，這些都對發(fā)電廠智能化發(fā)展起到推進作用。在對智能發(fā)電廠的概念、結(jié)構(gòu)和具體功能的探索過程中，國內(nèi)一些大型發(fā)電集團率先積極開展對舊發(fā)電廠進行智能化升級改造，對新技術(shù)進行驗證，從而為新建智能電廠規(guī)劃及建設(shè)提供支持。目前電廠煤儲庫為封閉倉庫，空氣懸浮顆粒物多，行車工勞動強度高、存在健康隱患。行車工在工作中帶入的個人操作習(xí)慣極大地加速了設(shè)備硬件的損耗，提高了行車的整體保養(yǎng)維修成本。目前絕大多數(shù)行車缺乏對于故障的早期判斷反饋及實時監(jiān)測，存在較大安全隱患。

1 設(shè)置智能控制中心

桐鄉(xiāng)泰愛斯環(huán)保能源有限公司干煤棚配置QZ型電動雙梁抓斗橋式行車，額定起重量16t，司機室人工操作，控制方式采用PLC 程序控制和變頻驅(qū)動控制，PLC 采用歐姆龍CP1E 系列產(chǎn)品，變頻器采用安川H1000系列產(chǎn)品。庫區(qū)設(shè)置12個皮帶機進料口、2個出料口，煤料的進料、平料、出料都通過人工操作抓斗行車完成。智能控制中心設(shè)置在中控室內(nèi)，用于庫區(qū)智能管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算、遠程監(jiān)視、遠程控制。

中控臺及庫區(qū)智能管控系統(tǒng)：中控臺可遠程監(jiān)控抓斗行車的作業(yè)狀態(tài)，其上安裝有庫區(qū)智能管控系統(tǒng)、遠程操作手柄、指示燈、蜂鳴器、急停蘑菇頭按鈕、液晶顯示器等，中控臺內(nèi)設(shè)置遠控PLC 從站，操作手柄的檔位與行車司機室手柄一致。中控臺上設(shè)置兩臺液晶顯示器，分別顯示庫區(qū)智能管控系統(tǒng)的操作界面和抓斗行車傳回的視頻畫面。庫區(qū)智能管控系統(tǒng)是一個功能齊全的智能控制系統(tǒng)，包含各種自定義的參數(shù)設(shè)置，通過修改參數(shù)使無人行車自動化調(diào)度、運行更加貼合生產(chǎn)工藝的需求。系統(tǒng)配備了行車設(shè)備監(jiān)控和整場視頻監(jiān)控功能，使作業(yè)過程更加直觀、高效。另外在庫區(qū)智能管控系統(tǒng)中還可按照客戶的格式提供行車在自動化運行過程中的工作日志。

系統(tǒng)配套硬件設(shè)備布置：在中控室機房安置機柜，機柜內(nèi)設(shè)置終端服務(wù)器、視頻服務(wù)器、核心網(wǎng)絡(luò)交換機等相關(guān)配套硬件。核心交換機是連接中控臺、視頻后端系統(tǒng)、服務(wù)器等設(shè)備和遠程抓斗行車的樞紐。交換機采用機架式網(wǎng)管型三層交換機，強大性能保證交換機可從容面對大量數(shù)據(jù)交換工作。視頻后端系統(tǒng)由實時視頻存儲裝置、視頻解碼設(shè)備、視頻切換顯示控制設(shè)備組成。視頻存儲配備至少存儲一個月要求的硬盤[1]。

2 行車機上系統(tǒng)改造

行車機上系統(tǒng)是對抓斗行車上的電控系統(tǒng)更換、控制程序修改、傳感器增設(shè)等。

2.1 控制系統(tǒng)

電控系統(tǒng)更換。干煤棚現(xiàn)有抓斗行車的PLC和變頻器的存儲、掃頻速率、通訊方式及接口等參數(shù)不能滿足智能行車穩(wěn)定運行時對指令響應(yīng)、信號回傳速度的需求。改造過程中，新增一套西門子S7-1500PLC，配置profibus 模塊，變頻器也增設(shè)profibus 通訊卡[2]，通過DP 線將變頻器與PLC 建立通訊，簡化控制線路。S7-1500PLC 用于接收庫區(qū)智能管控系統(tǒng)的運行指令，并將行車上的運行數(shù)據(jù)、各傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至中控室內(nèi)的庫區(qū)智能管控系統(tǒng)中，庫區(qū)智能管控系統(tǒng)后臺通過分析所收集的數(shù)據(jù)加以算法計算、處理[2]，實時對當前指令進行修正，更準確高效地完成行車自動運行控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控，降低故障發(fā)生率，提高運行可靠性，從而智能化管控各機構(gòu)的運行，并對發(fā)生的故障進行及時響應(yīng)，引導(dǎo)維護人員進行快速檢修。在實現(xiàn)自動控制的同時保留行車原始的機上人工操作方式。

添加防搖配置。人工操作行車工作時，平均超過30%的時間浪費在穩(wěn)定搖晃的抓斗上。為減少調(diào)整負載搖擺的時間、避免搖擺導(dǎo)致的碰撞事故、提高生產(chǎn)效率和安全性，在本次智能改造中為抓斗行車定制了一套專用電子防搖系統(tǒng)，在自動工況下無論空載和重載，小車從全速運行到完全停止，抓斗擺動兩個周期內(nèi)完成消擺并趨于靜止[3]。

2.2 定位系統(tǒng)及起升定位系統(tǒng)

準確可靠的定位方案是行車智能運行的關(guān)鍵。只有行車各機構(gòu)停車位置準確，才能保證行車自動運行的穩(wěn)定性。

大車定位系統(tǒng)。大車定位采用激光測距方式，激光測距是在大車端梁設(shè)置遠距離高精度激光測距傳感器，在對應(yīng)的建筑墻體上設(shè)置反光板進行實時測距定位并通過工業(yè)總線與自動控制系統(tǒng)進行通訊上傳數(shù)據(jù)[4]；小車定位系統(tǒng)。小車定位采用雙激光測距冗余方式，記錄一個激光傳感器距離測量數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)，利用另一個激光傳感器測量數(shù)據(jù)復(fù)核主數(shù)據(jù)的正確性。

起升定位系統(tǒng)。起升機構(gòu)采用絕對值編碼器作為定位裝置，其安裝在起升卷筒的輸出軸，檢測卷筒轉(zhuǎn)動圈數(shù)和角度得到抓斗距離小車的高度值，再通過目標位置至小車的高度值計算轉(zhuǎn)換為抓斗放料時所需的起升高度值；物料分布采集系統(tǒng)。由激光掃描儀、控制器組成，可實現(xiàn)物料3D 建模和物料庫存盤點功能。激光掃描儀固定安裝在行車主梁兩側(cè)，進行高頻率掃描可獲取物料的輪廓信息等。

2.3 庫區(qū)安全系統(tǒng)

防撞模塊。在抓斗行車兩個對角安裝激光傳感器，測距方向為大車行走方向，以此測定行車運動中兩車之間的距離。激光傳感器采用反射型光電開關(guān)，測距范圍為0～20米[3]。激光信號接入抓斗行車的PLC 系統(tǒng)，當檢測到其它抓斗行車時可實現(xiàn)自動減速停車；視頻監(jiān)控。行車兩側(cè)端梁分別安裝一臺槍機，具備200萬高清、POE 網(wǎng)線供電、紅外夜視功能。攝像頭用于監(jiān)控行車運行過程中行車本體、抓斗狀態(tài)以及周圍工況；人員進出管理。通過采集庫區(qū)樓梯門、行車登機門、行車司機室門上的安全開關(guān)信號，實現(xiàn)行車運行與現(xiàn)場人員進出互鎖，保證人員在維護以及維修進入庫區(qū)內(nèi)的安全性。

3 地面系統(tǒng)設(shè)置及作業(yè)流程約定

硬件及布置：地面系統(tǒng)的硬件包括電控柜、光纖終端盒、光纖、地面無線基站（BS）。電控柜設(shè)置在抓斗行車地面總開關(guān)箱旁、便于取電，柜內(nèi)配置斷路器、變壓器、開關(guān)電源、PLC 分站、帶光口的以太網(wǎng)交換機、光纖終端盒等[5]。光纜采用鎧裝單模拖拽式光纜。光纖敷設(shè)利用電纜溝、電纜埋管、電纜橋架等通道。地面無線基站（BS）的工作頻段為5.8GHz，最高數(shù)據(jù)速率867Mbps,防護等級IP67，帶PoE 功能，通過膨脹螺栓及支架安裝在廠房墻壁上。

圖1 干煤棚布置示意圖

地面系統(tǒng)通訊：由于行車屬于特種設(shè)備，考慮到安全性行車到控制中心間不是直接采用5G 通訊、而是通過地面系統(tǒng)進行信號中轉(zhuǎn)。地面系統(tǒng)到中控室采用光纖通訊，地面系統(tǒng)與行車間采用5G 無線通訊。

作業(yè)流程約定：每個庫區(qū)可包含進料區(qū)、存儲區(qū)、出料口和備用區(qū)四種類型區(qū)域。操作員在庫區(qū)智能管控系統(tǒng)劃定自動行車作業(yè)區(qū)域，作業(yè)區(qū)域間不能有重疊，作業(yè)區(qū)域與行車一一對應(yīng)，同一作業(yè)區(qū)域只能制定一臺行車作業(yè)，同一行車也只能分配一塊作業(yè)區(qū)域[5]。作業(yè)由操作人員根據(jù)實際生產(chǎn)需求將作業(yè)邏輯信息錄入至庫區(qū)智能管控系統(tǒng)中開始，其中邏輯信息包含行車設(shè)備編號、作業(yè)類型（進料/出料/移料/平料）、作業(yè)區(qū)域名稱，根據(jù)需求提供物料比例、作業(yè)指令終止條件（次數(shù)/重量/體積/時間/物料高度/循環(huán)）、作業(yè)任務(wù)優(yōu)先級等。