劉保平，孫書強，王躍峰，李鵬飛

我公司原有熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)、水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)各自相對獨立，包括1臺熟料散裝轉(zhuǎn)子秤、4臺水泥散裝科氏力秤。5臺秤均配備人機交互觸控屏，用于實現(xiàn)人工定點放料。各發(fā)貨點合計配備了5名外協(xié)人員，負責現(xiàn)場人工定點裝車。由于工作人員的能力各有差異，信息溝通偶有差錯，調(diào)度管理不暢，影響了發(fā)貨效率。

為了節(jié)省人力成本，提升發(fā)貨效率，實現(xiàn)發(fā)貨現(xiàn)場無人值守，2020年8月，我公司對熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)和水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)進行了深入研究，提出了整合集中控制的數(shù)字化升級改造方案，即，在包裝區(qū)域附近新建一間發(fā)貨集中控制室（又稱發(fā)貨中心），包含原兌票人員調(diào)度職能，將熟料散裝、水泥散裝發(fā)貨及包裝調(diào)灰流程進行整合集中控制，實行一體化發(fā)貨管理。2020年11月實施改造并投入使用，取得了較好效果。

1 散裝發(fā)貨集中控制系統(tǒng)的建立

1.1 建立水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制

原有水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)由4臺科氏力秤及相應(yīng)4臺軟連接伸縮升降機組成，升降機系統(tǒng)集成了單機收塵器。水泥散裝升降機所需控制信號包括：升驅(qū)動、降驅(qū)動、備妥、故障報警（電機熱過載）、收塵驅(qū)動、收塵運行。水泥散裝科氏力秤信號控制設(shè)備為PLC控制器。公司DCS控制系統(tǒng)為施耐德UnityPro+Citect架構(gòu)，未與外網(wǎng)連接。

為實現(xiàn)水泥散裝各發(fā)貨點的集中控制，原設(shè)想將4臺水泥散裝科氏力秤及升降機的控制同時整合至DCS系統(tǒng)，但由于科氏力秤的機械結(jié)構(gòu)及控制程序邏輯復(fù)雜，且1號秤、3號秤PLC控制器采用西門子S7-200型控制器，2號秤、4號秤采用S7-1200型控制器，控制器型號不同，同時整合進DCS所需控制信號多，需在上位機添加額外控制程序且程序復(fù)雜。另外，原有水泥散裝秤信號控制系統(tǒng)為方便技術(shù)人員實時在線監(jiān)護及后續(xù)程序更新，其通訊網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)相連接，如果將水泥散裝秤控制與DCS系統(tǒng)進行整合，還希望保持公司DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接與外網(wǎng)相分離，需增設(shè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

經(jīng)分析研究，決定另辟蹊徑，將水泥散裝升降機開關(guān)量控制信號于現(xiàn)場并入水泥散裝秤PLC控制器預(yù)留的DI、DO接口，升降機的控制由水泥散裝秤PLC控制器執(zhí)行；在發(fā)貨中心單獨設(shè)置一臺計算機，安裝西門子WinCC上位機軟件，通過網(wǎng)線以Modbus協(xié)議連接4臺水泥散裝秤的PLC控制器，以此實現(xiàn)4臺水泥散裝秤及升降機的集中遠程控制；4臺水泥散裝秤的PLC控制器通過網(wǎng)線就近集中連接光電交換機，PLC控制器至發(fā)貨中心的主通道信號通過光電交換機的轉(zhuǎn)換由光纖傳輸，保證信號的低延遲和高穩(wěn)定性。水泥散裝控制所需變量信息及水泥散裝控制運行界面如圖1、圖2所示。

圖1 水泥散裝控制所需變量表

圖2 水泥散裝控制運行界面

1.2 建立熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制

原有熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)由1臺轉(zhuǎn)子秤及相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)伸縮升降機組成。為了實現(xiàn)熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制，因為熟料散裝升降機的信號控制與水泥散裝升降機的信號控制略有差異，無法將熟料散裝升降機的開關(guān)量控制信號并入熟料散裝秤控制器，需采用有別于水泥散裝升降機集中控制的策略。

熟料散裝轉(zhuǎn)子秤控制儀表采用國產(chǎn)WEIGH FEEDER LCXKⅢ型，為實現(xiàn)對其遠程控制，需采集其驅(qū)動、備妥、運行、故障報警、給定流量（t/h）信號及反饋流量（t/h）信號，其中驅(qū)動信號為長驅(qū)信號，反饋流量信號用于傳送至上位機進行積分累積，實現(xiàn)裝車量統(tǒng)計。

為了實現(xiàn)熟料散裝發(fā)貨與水泥散裝發(fā)貨的集中控制，需進行熟料散裝秤控制RS485串口與Mod?bus通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換并敷設(shè)專用網(wǎng)線，由于熟料散裝秤控制柜距離發(fā)貨中心較遠，中間隔有配料庫、水泥磨房、散裝庫，線路敷設(shè)困難?？紤]熟料散裝秤控制柜位于配料站DCS控制室附近，通過將專用網(wǎng)線接入配料站DCS，無需復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)換，即實現(xiàn)了熟料散裝秤、升降機控制和包裝調(diào)灰系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的整合和集中遠程控制。遠程控制程序編制的難點在于物料流量的累計、暫停及補裝，可通過調(diào)用Unity Pro自帶的PID控制模塊，增添相關(guān)輔助控制邏輯而實現(xiàn)，相關(guān)控制邏輯的添加可參考其自帶的幫助文檔說明。熟料散裝控制及包裝調(diào)灰流程如圖3所示。

圖3 熟料散裝控制及包裝調(diào)灰流程

1.3 建立無人值守自助發(fā)貨系統(tǒng)

水泥散裝發(fā)貨及熟料散裝發(fā)貨集中控制系統(tǒng)建立后，貨車司機可在手機訂貨APP上下單，持隨機生成的7位提貨數(shù)字碼，在銷售開票大廳開卡機上輸入提貨碼，自助辦理提貨磁卡；持卡通過車牌識別門禁進入廠區(qū)，在路線導航標志、停車標志及語音提示指引下，進入相應(yīng)物料運輸車道內(nèi)裝車。裝車完成后，到無人值守計量衡處自助結(jié)算，在出廠門衛(wèi)處收卡機上完成收卡、打印小票，經(jīng)門禁識別后駛離廠區(qū)，兌票員可通過發(fā)貨中心3號計算機（見圖4）實時監(jiān)控發(fā)貨全過程。

圖4 發(fā)貨中心監(jiān)控終端

水泥廠四座水泥庫包含P·C42.5、P·O42.5及P·O52.5三個水泥品種，為避免提貨車輛裝錯，每個水泥庫庫底均設(shè)置一卡通刷卡器，只有讀卡信息與水泥庫放料口水泥品種一致方可放料。為實現(xiàn)一卡通系統(tǒng)與遠程放料系統(tǒng)聯(lián)鎖對接，利用一卡通刷卡信息核對成功后提供的無源常開控制點，將其與熟料散裝、水泥散裝升降筒驅(qū)動信號連鎖。只有當司機所持磁卡信息與對應(yīng)水泥庫放料口水泥品種一致時，相應(yīng)升降筒才會落下，避免了放料品種的混亂出錯。

發(fā)貨中心控制終端由4臺計算機組成，其中，1號計算機負責水泥散裝發(fā)貨，2號負責熟料散裝發(fā)貨及包裝調(diào)灰，3號負責一卡通系統(tǒng)運行，4號負責操作員日常辦公。1號、3號及4號計算機接入外網(wǎng)，2號接入公司DCS內(nèi)網(wǎng)。為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及后續(xù)擴展需求，計算機硬件CPU選用10代I5英特爾處理器，內(nèi)存儲器容量8GB，機械硬盤容量1TB，圖形處理選用集成顯卡。發(fā)貨中心控制終端整體運行畫面如圖4所示。

1.4 建立視頻語音對講及視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為實現(xiàn)發(fā)貨中心操作員與司機的實時音視頻通信，在發(fā)貨中心設(shè)置1臺音視頻通訊對講主機，在各發(fā)貨現(xiàn)場共設(shè)置8臺對講從機，實現(xiàn)一對一單獨聯(lián)系及同時廣播視頻通訊功能，用以指導司機規(guī)范裝車。視頻語音對講主、從機運行畫面見圖5。

圖5 視頻語音對講主從機運行畫面

視頻語音對講系統(tǒng)是基于數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)對講廣泛使用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將音視頻信號以IP包的協(xié)議形式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上傳送，是一套純數(shù)字傳輸?shù)碾p向音頻擴音和單雙向視頻傳輸?shù)木C合系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)存在的音質(zhì)不佳、維護管理復(fù)雜、傳輸距離短、互動性差、只有聲音沒有畫面等問題。

為實現(xiàn)發(fā)貨中心對發(fā)貨現(xiàn)場情況的實時掌控，在水泥庫下料口（包含庫底氣動閘板閥、弧形流量閥、破碎閥及分料斜槽口）、車道前后、設(shè)備易出問題的地方及“跑冒滴漏”易發(fā)地，安裝高清廣角攝像頭，在發(fā)貨中心內(nèi)設(shè)置集中監(jiān)控顯示屏。通過攝像頭和顯示屏，向操作員實時反饋發(fā)貨現(xiàn)場信息，輔助遠程控制，同時將發(fā)貨區(qū)域的監(jiān)控并入公司生產(chǎn)總監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于現(xiàn)場安裝攝像頭較多，監(jiān)控系統(tǒng)IP地址分配復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，采用智能型交換機替換了原有“傻瓜”式交換機，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量及系統(tǒng)安全運行強度。視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行畫面見圖6。

圖6 視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行畫面

2 系統(tǒng)試運行及優(yōu)化

2.1 散裝升降頭的控制優(yōu)化

系統(tǒng)改造升級完成后，進行了兩個月的試運行。試運行期間，由于現(xiàn)場4個水泥庫裝車量較大，操作員需緊盯現(xiàn)場散裝升降頭監(jiān)控畫面，根據(jù)畫面顯示的裝車口位置頻繁調(diào)整散裝升降頭。調(diào)整后，如果兩者之間的相對位置還有少量偏差，需由司機在現(xiàn)場配合微調(diào)散裝升降頭位置。裝車完成后，再由操作員遠程完成散裝升降頭上升提起動作，費時費力。

針對此問題，在現(xiàn)場裝車口開蓋處增設(shè)三聯(lián)控制按鈕，控制散裝升降頭的上升、下降和急停，并與一卡通裝置聯(lián)鎖。優(yōu)化后，由裝車司機即可完成散裝升降頭與裝車口的對接及裝車完成后的提升工作，大大提升了裝車效率。

2.2 庫底水泥下料口的控制優(yōu)化

在試運行期間，有一段時間的連陰雨，庫底水泥灰因受潮頻繁結(jié)塊，致使卸料閥門下料不暢，秤體流量頻繁＜50t/h，嚴重影響計量精度，經(jīng)常需人工打開弧形流量閥前端工作口清理結(jié)塊。為解決此問題，經(jīng)研究，在庫底水泥下料口手動閘板閥下方，安裝立式塊料破碎機，破碎機轉(zhuǎn)子上布置放射狀的破碎爪，破碎爪撥動塊狀物料通過柵格，破碎機將塊狀物料破碎。

為實現(xiàn)破碎機的遠程精準安全控制，將塊料破碎機的運轉(zhuǎn)控制信號接入DCS系統(tǒng)，由發(fā)貨中心操作員遠程控制。上位機程序的編制利用反饋的電流信號作為判斷條件，當有些塊狀物料無法破碎而卡住破碎機轉(zhuǎn)子時，運行電流超過額定電流值，畫面自動報警并發(fā)出反轉(zhuǎn)驅(qū)動信號，驅(qū)動破碎機的正轉(zhuǎn)接觸器釋放，反轉(zhuǎn)接觸器吸合并反向轉(zhuǎn)動，將無法破碎的物料推開，延時5s后再正向轉(zhuǎn)動。

塊料破碎機的遠程控制與破碎機本身的驅(qū)動電機保護器相結(jié)合，可有效保護破碎機驅(qū)動電機，避免大塊物料卡住破碎閥導致驅(qū)動電機保護器頻繁動作。

經(jīng)此改造，有效解決了大塊物料堵塞卸料閥門的問題，保證了卸料通暢及散裝秤的計量精度，大大減少了人工清堵的次數(shù)。

3 結(jié)語

數(shù)字化升級后的發(fā)貨系統(tǒng)實現(xiàn)了發(fā)貨現(xiàn)場的無人值守，投入運行以來，有效提高了發(fā)貨效率，節(jié)省了人力成本。系統(tǒng)升級改造的投入少，所需相關(guān)硬件、軟件均可從市場采購，硬件部分安裝簡便，軟件配置及程序邏輯編制部分及隨后的調(diào)試工作可由公司DCS工程師、網(wǎng)絡(luò)管理員完成。