苗鎮(zhèn)發(fā)

（青島港國際股份有限公司前港分公司，山東青島 266500）

0 引言

前港公司煤碼頭是1993 年投產(chǎn)的專業(yè)化煤炭裝卸碼頭，采用皮帶機(jī)進(jìn)行煤炭、礦石專業(yè)化裝卸作業(yè)，年設(shè)計通過能力1720 萬噸，中控室采用AB 公司生產(chǎn)的PLC，集中控制21 條地面皮帶機(jī)和溜槽翻板、排水器等附屬設(shè)備，中控室設(shè)計2 臺AB公司7562 型工控機(jī)，應(yīng)用程序采用C 語言編寫，通過AB 公司通信適配器1771-KF2，與PLC3 通過DH+方式通信，采集皮帶機(jī)及其附屬設(shè)備的狀態(tài)信息，經(jīng)過處理后在屏幕上顯示，提供給中控操作員，中控操作員通過上位機(jī)掌握整個煤碼頭皮帶機(jī)及其附屬設(shè)備的狀態(tài)信息，進(jìn)行煤礦裝卸作業(yè)的組織指揮。

皮帶機(jī)的設(shè)備狀態(tài)信息在工控機(jī)上以數(shù)字代碼的方式顯示，共有10 種狀態(tài)代碼，其中0 代表機(jī)側(cè)、1 拉線、2 跑偏、3 打滑、4 堵塞、5 制動器開、6 張緊、7 磁分器故障、8 過電流、9 荷載檢測器，皮帶秤流量采用4 位數(shù)字顯示，工控機(jī)是中控操作員進(jìn)行生產(chǎn)組織指揮的眼睛和耳朵，在整個裝卸系統(tǒng)中處于核心關(guān)鍵地位，一旦工控機(jī)損壞，中控操作員將無法獲取皮帶機(jī)及其附屬設(shè)備的狀態(tài)信息，整個煤碼頭將不能進(jìn)行正常的裝卸生產(chǎn)。

與現(xiàn)在主流的工控機(jī)組態(tài)軟件使用方法簡單易學(xué)不同，從事控制設(shè)備管理技術(shù)人員一般不具備修改7562 工控機(jī)C 語言程序的能力，因為PLC3 不具備以太網(wǎng)通信接口，只能通過DH+方式進(jìn)行通信，不能用主流的上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行替代改造，要使用組態(tài)軟件進(jìn)行工控機(jī)改造，要對PL3 進(jìn)行整體升級，煤碼頭需要長時間停機(jī)，生產(chǎn)停止，影響太大，考慮到在用的PLC3性能穩(wěn)定，能夠滿足煤碼頭當(dāng)前的生產(chǎn)需要，且PLC3 模塊庫存?zhèn)浼渥?，可暫不考慮對PLC3 進(jìn)行整體升級改造，因此決定自主研制皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示裝置，代替性能不穩(wěn)定的上位機(jī)，同時要盡量減少改造對煤碼頭裝卸生產(chǎn)的影響。

1 總體設(shè)計方案

將原7562 工控機(jī)配備的2 個專業(yè)鍵盤進(jìn)行改造，設(shè)計制作2 個皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤，狀態(tài)顯示盤上安裝足夠數(shù)量的數(shù)碼管，利用數(shù)碼管顯示數(shù)字代碼的方式，分別顯示卸車——堆料線和取料——裝船線皮帶機(jī)和附屬設(shè)備的狀態(tài)；制作狀態(tài)顯示盤數(shù)碼管控制電路板；對PLC3 輸出點進(jìn)行擴(kuò)展，利用PLC3 直流輸出模塊輸出DC 24 V 電壓，直接驅(qū)動數(shù)碼管，顯示數(shù)字代碼；PLC3 直流輸出模塊與數(shù)碼管控制電路板輸入端連接；數(shù)碼管控制電路板輸出端與皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤連接；編寫皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)代碼顯示的PLC 控制程序。

2 具體改造方案

2.1 對PLC3 輸出點進(jìn)行擴(kuò)容改造

對PLC3 直流輸出點進(jìn)行擴(kuò)展，增加1 個I/O 遠(yuǎn)程站（圖1），整個碼頭共有皮帶機(jī)21 條，每條皮帶機(jī)10 個故障代碼，需要輸出點210 個；溜槽翻板15 套，每套顯示1 個狀態(tài)，需要輸出點15 個；皮帶機(jī)排水器7 臺，每臺3 種狀態(tài)顯示，需要輸出點21 個，總計需要輸出點246 個，采用1771-OVN 直流輸出模塊，每個模塊32 個輸出點，需擴(kuò)展1 個10 槽機(jī)架1771-A4B 和8個32 點的輸出模塊1771-OVN，機(jī)架模塊通過1771-ASB 遠(yuǎn)程適配器模塊，與PLC3 主機(jī)的通信掃描模塊SR5 連接，PLC3 有4096 個直流輸入輸出點，已經(jīng)配置使用的PLC 遠(yuǎn)程站有12 個，分別連接在PLC3 的通信掃描模塊1775-SR5 的通信通道1 和2 上，為防止新配置輸出點地址與原有的沖突，相同機(jī)架號的輸入、輸出機(jī)架，可以配置在PLC3 通信掃描模塊1775-SR5 的不同通道上，因此將新擴(kuò)展的輸出模塊機(jī)架配置在1775-SR5 通信模塊的通道3 上，考慮到新擴(kuò)展機(jī)架與PLC3 主機(jī)的通信距離，將該通道通信速率設(shè)定為115.2 kbit，1771-OVN 輸出模塊采用共陽接法。

圖1 新擴(kuò)展的PLC3 遠(yuǎn)程站

2.2 制作皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤

原有7562 工控機(jī)配備的兩個備用專業(yè)鍵盤，尺寸剛好適合布置246 個10 mm 尺寸的數(shù)碼管，外形比較美觀，與中控室的工作場景比較協(xié)調(diào)，將其改造成兩個皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤，分別是卸車堆料線皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤（圖2），取料裝船線皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤（圖3），具體做法是拆除鍵盤的覆膜按鍵和內(nèi)部元件，將246 個數(shù)碼管按照設(shè)計的排列順序和方位，焊接在覆銅板上，覆銅板固定在鍵盤底板上，在鍵盤表面粘貼專門設(shè)計制作的高透明度硬材質(zhì)覆膜，覆膜在布置數(shù)碼管的部位保持透明狀態(tài)，其余部位的背面粘貼淺藍(lán)色覆蓋膜。其中卸車線皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤顯示13 條皮帶機(jī)10 個溜槽翻板的設(shè)備狀態(tài)，取料裝船線皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤顯示8 條皮帶機(jī)、5 套溜槽翻板、7 個皮帶機(jī)排水器的設(shè)備狀態(tài)，其中每一條皮帶機(jī)配置10 個狀態(tài)顯示數(shù)碼管，分別代表皮帶的10 種狀態(tài)，數(shù)字代碼的含義分別是：0機(jī)側(cè)、1 拉繩、2 跑偏、3 打滑、4 張緊、5 打滑、6 制動打不開、7 皮帶撕裂、8 電機(jī)過電流、9 磁分器故障，每個溜槽翻板顯示機(jī)側(cè)/遙控兩種狀態(tài)，每套排水器顯示機(jī)側(cè)/遙控、上限位、下限位3 種狀態(tài)，跟原來工控機(jī)顯示的代碼及內(nèi)容一致，便于中控操作員適應(yīng)和接受，數(shù)碼管的管腳按照需要顯示的數(shù)字預(yù)先焊接好，采用共陽接法。皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤安裝針式接口，通過插接件與數(shù)碼管控制電路板連接。

圖2 卸車堆料線皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤

圖3 取料裝船線皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤

2.3 設(shè)計制作皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤數(shù)碼管控制電路板

設(shè)計制作卸車堆料線和取料裝船線皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤限流控制電路板（圖4、圖5），利用限流電阻將每段數(shù)碼管工作電流限制在10 mA，控制板安裝在密閉的電氣箱內(nèi)，通過精密端子排，連接到PLC 直流輸出點和皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤，與PLC輸出模塊采用排線連接，與皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤采用多芯柔性電纜連接。

圖4 卸車堆料線皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤控制電路板

圖5 取料裝船線皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤控制電路板

2.4 制作皮帶機(jī)狀態(tài)顯示盤與控制電路板的連接電纜

使用多芯柔性電纜制作皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤與顯示盤控制電路板連接的插接電纜，每個皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤設(shè)計4 個25 針連接器，1 個9 針連接器，共計需制作8 根25 針連接器電纜，2 根9 針連接器電纜，皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤頂部固定連接器母端，內(nèi)部采用排線與數(shù)碼管管腳焊接好，皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤控制電路板出線端連接針式連接器的公端，連接器針腳采用焊接方式，與狀態(tài)顯示盤控制電路板連接采用25 針式連接器插接，共制作連接電纜10根。采用排線和多芯柔性電纜通過25 針和9 針插接器進(jìn)行插接的連接方案，有效解決連接電纜線芯數(shù)量多和接線空間小的矛盾。

2.5 編寫PLC 顯示驅(qū)動程序

煤碼頭21 條皮帶機(jī)、15套溜槽翻板、7 臺皮帶機(jī)排水器共計246 個需要顯示的狀態(tài)，每個狀態(tài)對應(yīng)一個數(shù)碼管，為每個狀態(tài)所對應(yīng)的PLC3 直流輸出模塊的輸出點編寫PLC 控制程序，因為皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤數(shù)碼管總計多達(dá)246 個，為方便檢查數(shù)碼管是否能夠全部正常工作，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)生顯示故障的數(shù)碼管及其驅(qū)動線路，確保皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示不錯不漏，為每個狀態(tài)數(shù)碼管設(shè)計燈試檢查程序，便于中控操作員隨時檢查皮帶機(jī)故障顯示盤的每個點位是否能夠正常顯示，總計編寫PLC 控制程序246 級（圖6）。

圖6 PLC 顯示驅(qū)動程序

3 結(jié)束語

通過自主研制皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示盤，利用PLC3 輸出模塊輸出直流電壓，直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字代碼的方式，顯示皮帶機(jī)及其附屬設(shè)備狀態(tài)，方案簡單實用、可靠性高，省去上位機(jī)通過專用通信軟件采集PLC3 內(nèi)部數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后再顯示的中間環(huán)節(jié)，反應(yīng)速度快，數(shù)碼管性能穩(wěn)定可靠，故障率低，可不間斷運行10 萬小時以上，數(shù)碼管備件價格低廉，在市場上容易采購到，不存在后續(xù)備件短缺的問題，改造過程與原有工控機(jī)實現(xiàn)無時間縫隙的銜接替換，整個改造過程沒有影響到碼頭正常的裝卸生產(chǎn)作業(yè)。該裝置投入使用后，性能穩(wěn)定，已持續(xù)運行16 年，沒有出現(xiàn)任何故障，成功替代PLC3 原配套的7562 型工控機(jī)，滿足皮帶機(jī)設(shè)備狀態(tài)顯示的迫切需要，解決煤碼頭持續(xù)進(jìn)行煤炭裝卸作業(yè)的長遠(yuǎn)問題，縮短改造時間，改造項目利用多余的庫存?zhèn)浼鳛镻LC3 擴(kuò)展模塊，項目主要費用支出是購買數(shù)碼管、多芯柔性電纜和排線，實際投入資金不到6000 元，在少花錢的基礎(chǔ)上解決大問題，為公司節(jié)約大量的改造資金。