張 妍

（飛馬智科信息技術(shù)股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

傳統(tǒng)露天開放式煤場(chǎng)因投資少，技術(shù)成熟，建設(shè)簡(jiǎn)單，堆放不同煤種有較高的靈活性，得到煤炭企業(yè)的廣泛運(yùn)用，但由于煤場(chǎng)占地面積大，因風(fēng)損、雨損造成煤炭流失，入爐煤含水率不穩(wěn)定，環(huán)境污染十分嚴(yán)重。某鋼鐵公司新建筒倉(cāng)項(xiàng)目利用現(xiàn)有露天儲(chǔ)煤場(chǎng)地，按300 萬t/a 的焦炭產(chǎn)能需求，共建20 個(gè)直徑約21 m 的大型全封閉貯配一體筒倉(cāng)。通過優(yōu)化煤炭運(yùn)輸和提升煤炭質(zhì)量，來淘汰落后的產(chǎn)能和環(huán)保工藝。［1］

介紹了筒倉(cāng)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，重點(diǎn)闡述了筒倉(cāng)控制系統(tǒng)的功能和特色，在某鋼鐵公司新建筒倉(cāng)工程中的應(yīng)用情況。

1 背景

為滿足焦化煤處理配套系統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)要求，基于AB PLC 開發(fā)了筒倉(cāng)控制系統(tǒng)，利用Studio 5000 Logix軟件編程，上位機(jī)組態(tài)軟件FactoryTalk View Studio 編制畫面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)備煤系統(tǒng)的運(yùn)行控制和對(duì)整個(gè)備煤系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控和記錄，滿足了煤處理配套系統(tǒng)工藝要求和使用功能，使筒倉(cāng)備煤生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，操作實(shí)用安全可靠。

2 解決方案

2.1 筒倉(cāng)控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

按照先進(jìn)、成熟、可靠、實(shí)用的原則，本工程自動(dòng)化系統(tǒng)采用三電（EIC）一體化系統(tǒng)，以滿足煤處理配套系統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)要求和對(duì)配煤貯運(yùn)的高水平管理。主工藝線設(shè)備采用PLC 控制方式，部分輔助設(shè)備采用繼電-接觸器控制方式，緊急停止通過硬接線方式實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）和過程自動(dòng)化系統(tǒng)（L2）構(gòu)成?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）采用PLC 控制系統(tǒng)，各種操作參數(shù)均引至控制系統(tǒng)，進(jìn)行指示、調(diào)節(jié)、記錄、積算、報(bào)警及聯(lián)鎖等，實(shí)現(xiàn)過程控制、順序控制和邏輯控制。過程自動(dòng)化系統(tǒng)（L2）采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，主要用于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出等。

控制系統(tǒng)主要包括筒倉(cāng)受煤系統(tǒng)、貯配煤系統(tǒng)、粉碎及輸出系統(tǒng)等。工藝流程簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 工藝流程簡(jiǎn)圖

2.2 控制系統(tǒng)介紹

2.2.1 控制范圍

主要包括：受煤系統(tǒng)、新建貯配煤系統(tǒng)的膠帶機(jī)設(shè)備以及相關(guān)備煤配套設(shè)施。

2.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由操作員站、工程師站、打印機(jī)、PLC 控制站、I/O 模件、交換機(jī)、以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由UPS 不間斷電源供電，停電后可維持供電30 min。

2.2.3 系統(tǒng)配置

備煤系統(tǒng)配置1 套冗余PLC 控制系統(tǒng)，用于膠帶系統(tǒng)及其它控制。配煤控制系統(tǒng)配置1 套冗余PLC 控制系統(tǒng)，為機(jī)電一體品自帶，用于配料控制和清堵系統(tǒng)控制，不包含在備煤控制系統(tǒng)中。2 套PLC 控制系統(tǒng)共同完成卸煤、運(yùn)煤、儲(chǔ)煤、配煤等系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)控制。在綜合電氣室主控機(jī)房設(shè)置2 臺(tái)HMI 服務(wù)器，互為冗余。備煤系統(tǒng)PLC 主站設(shè)置在綜合電氣室3 層高低壓配電室，在B-2轉(zhuǎn)運(yùn)站變電所（B-2 轉(zhuǎn)運(yùn)站附近）和自動(dòng)配煤電磁站（筒倉(cāng)中部）設(shè)置遠(yuǎn)程I/O 站，另外，為焦油渣及污泥輸送系統(tǒng)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O 站，PLC 主站通過總線與遠(yuǎn)程I/O 通信，并考慮與智能馬達(dá)保護(hù)器的總線接口。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D部分如圖3 所示，通過Industrial Ethernet 高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信，通信速率≥100 MB/s。與原有控制系統(tǒng)之間通過硬接線或以太網(wǎng)通信式進(jìn)行信號(hào)交接。由于本工程涉及多系統(tǒng)間通信，網(wǎng)絡(luò)通訊復(fù)雜，簡(jiǎn)單來說共有三類通信方式。

（1）ABPLC 之間，倉(cāng)頂卸料小車光纖接至交換機(jī)通過Ethernet/IP 以太網(wǎng)通信，與備煤系統(tǒng)PLC 通過MSG指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。見圖4。

（2）項(xiàng)目設(shè)有臨時(shí)搭接系統(tǒng)，是為確保不間斷生產(chǎn)，改造期間南煤場(chǎng)可以向二系統(tǒng)供煤，以及西側(cè)筒倉(cāng)建成后輸出系統(tǒng)建成前可以向1#～6#焦?fàn)t供煤而新建的臨時(shí)設(shè)施。新系統(tǒng)AB1756-L73PLC 與老系統(tǒng)西門子PLC 通過Socket 端口開發(fā)程序進(jìn)行TCP 通信。省去了第三方網(wǎng)關(guān)，經(jīng)濟(jì)高效且實(shí)測(cè)通信穩(wěn)定。見圖5。

圖5 Socket程序

（3）備煤ABPLC 與單體設(shè)備間（如馬達(dá)保護(hù)器）進(jìn)行ModbusTCP通信。見圖6。

圖6 Modbus程序

2.3 主要控制功能

（1）電氣控制功能

使用Studio 5000 Logix 對(duì)單體設(shè)備進(jìn)行模塊化編程設(shè)計(jì)，如故障處理模塊、單體設(shè)備啟停模塊。主程序通過調(diào)用單個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)模塊化編程。且對(duì)膠帶機(jī)重要連鎖點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，濾波模塊可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)調(diào)用，高效簡(jiǎn)潔，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

對(duì)每個(gè)膠帶機(jī)進(jìn)行外部故障判斷。連鎖停機(jī)點(diǎn)到達(dá)時(shí)，相應(yīng)膠帶機(jī)停機(jī)。在故障判斷邏輯中加入了連鎖停機(jī)點(diǎn)切除和投入按鈕，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)不停機(jī)即可處理停機(jī)故障點(diǎn)。

每個(gè)膠帶機(jī)可以進(jìn)行就地手動(dòng)、遠(yuǎn)程單動(dòng)、遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)三種啟停模式。遠(yuǎn)程單動(dòng)或遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)過程中，若出現(xiàn)諸如急停、撕裂、重度跑偏、打滑等連鎖條件信號(hào)，膠帶機(jī)立即停止，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)安全生產(chǎn)運(yùn)行。另外，對(duì)可逆膠帶機(jī)進(jìn)行特殊處理，在正轉(zhuǎn)延時(shí)后才允許反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)延時(shí)后才允許正轉(zhuǎn)，避免可逆膠帶機(jī)機(jī)械慣性損傷。

對(duì)模擬量輸入值進(jìn)行DA 轉(zhuǎn)換，編寫模擬量HH、H、LL、L 報(bào)警程序。對(duì)皮帶秤輸煤量進(jìn)行累積計(jì)算，累積量最高可達(dá)100 萬。在累積量達(dá)到最高值后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清零，也可在HMI 畫面對(duì)累積量進(jìn)行清零處理。

每條流程都能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶機(jī)逆啟順停，一鍵啟動(dòng)。在膠帶機(jī)流程運(yùn)行后，若流程中間某一膠帶機(jī)故障停機(jī)，直接觸發(fā)其上游膠帶機(jī)停機(jī)。待故障膠帶機(jī)故障處理后，可以再次實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)。

（2）畫面功能

使用FactoryTalk View Studio 進(jìn)行畫面編制。現(xiàn)場(chǎng)采用服務(wù)器-客戶端模式（Client/Server），2臺(tái)服務(wù)器形成冗余系統(tǒng)，服務(wù)器主要用于過程數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)，控制數(shù)據(jù)的輸出等。工程師站用于系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試。通過工程師站組態(tài)軟件寫入組態(tài)畫面、數(shù)據(jù)記錄。5臺(tái)操作員站通過Client客戶端進(jìn)行監(jiān)視操作。主畫面進(jìn)行合理布局，在滿足基本功能需求的前提下，通過兩張主畫面：筒倉(cāng)輸入系統(tǒng)、筒倉(cāng)輸出系統(tǒng)展示出主要工藝流程，單體設(shè)備通過點(diǎn)擊彈窗顯示操作。同類畫面采用“參數(shù)”功能進(jìn)行編制，實(shí)現(xiàn)模塊化調(diào)用。此外，制作出煤種選擇、煤種計(jì)量，筒倉(cāng)料位信息等功能性畫面。將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D也融合進(jìn)畫面，方便對(duì)各個(gè)遠(yuǎn)程站進(jìn)行監(jiān)視故障處理。對(duì)于除塵系統(tǒng)，使用RSLinx Enterprise 進(jìn)行通訊，畫面統(tǒng)一整合進(jìn)筒倉(cāng)控制系統(tǒng)。故障報(bào)警記錄、歷史趨勢(shì)等記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)重要操作信息如投切按鈕的使用也進(jìn)行記錄。HMI 人性化，操作實(shí)用、安全。圖7-8 分別為筒倉(cāng)輸入系統(tǒng)部分畫面及輸出料線選擇部分畫面。

圖7 筒倉(cāng)輸入系統(tǒng)畫面

2.4 功能特色

目前的常規(guī)編程思路是利用PLC 梯形圖編寫輸送生產(chǎn)線自動(dòng)控制邏輯。存在的問題是若輸送生產(chǎn)線擁有眾多且繁瑣的輸送流程，用PLC 梯形圖編寫自動(dòng)控制邏輯，耗時(shí)、費(fèi)力、糾錯(cuò)性差以及可維護(hù)性差。

圖8 筒倉(cāng)輸出料線選擇

筒倉(cāng)項(xiàng)目組創(chuàng)新編程思路，將散狀物料輸送生產(chǎn)線上的若干條膠帶機(jī)看成一個(gè)“整體設(shè)備”，每條膠帶機(jī)的啟停步驟被看作為該“整體設(shè)備”順序控制的一個(gè)“步”。在Studio 5000 Logix 運(yùn)用SFC 工具對(duì)主要送煤流程進(jìn)行編制。引進(jìn)SFC（順序功能圖）的編程理念，按照“步”的執(zhí)行順序和轉(zhuǎn)換條件，逐“步”編出所有控制邏輯。以上編程理念，將復(fù)雜的邏輯編寫過程轉(zhuǎn)化為的“繪畫”過程，從而實(shí)現(xiàn)高效、快速地編寫控制邏輯。見圖9。

圖9 SFC流程編程

HMI 制作時(shí)使用參數(shù)功能，對(duì)同類畫面模塊化處理調(diào)用，節(jié)省了大量編制時(shí)間。并針對(duì)本項(xiàng)目通信情況多且復(fù)雜的情況，程序編制“心跳信號(hào)”，畫面對(duì)新老系統(tǒng)、機(jī)電一體化系統(tǒng)、以及各個(gè)遠(yuǎn)程站的通信狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示，方便判斷處理突發(fā)故障。

3 應(yīng)用效果

筒倉(cāng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于某鋼鐵公司新建筒倉(cāng)工程中，由于運(yùn)用創(chuàng)新的編程思路，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，節(jié)省了筒倉(cāng)項(xiàng)目調(diào)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了筒倉(cāng)項(xiàng)目安全、可靠的運(yùn)行。筒倉(cāng)工程自動(dòng)控制系統(tǒng)遵循實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效、有利控制產(chǎn)品質(zhì)量、確保安全生產(chǎn)、性價(jià)比高的原則，在滿足工藝要求和使用功能的前提下，做到了節(jié)省成本、系統(tǒng)穩(wěn)定、HMI 人性化，操作實(shí)用、安全，減少了運(yùn)行操作人員，促進(jìn)了公司智能化經(jīng)營(yíng)。［2］

4 總結(jié)

筒倉(cāng)控制系統(tǒng)滿足了高度智能化、高效率、高精度的清潔化配煤生產(chǎn)要求，系統(tǒng)運(yùn)行至今安全穩(wěn)定，便于維護(hù)。畫面簡(jiǎn)潔明了、方便操作、功能完善，獲得業(yè)主的一致認(rèn)可。筒倉(cāng)控制系統(tǒng)安全、可靠，模塊化編程，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金企業(yè)散狀物料（煤粉、礦石等）輸送生產(chǎn)線。