PCC在港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-09-03 08:51:48 來源：廠商

1 引言

港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)（以下簡稱集控系統(tǒng)）的安全可靠性將直接影響到港口的經(jīng)濟效益。為此，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。

以PCC為核心的集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。該系統(tǒng)的實施，提高了港口貨物輸送的生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備事故率并縮短了故障處理時間，還精簡了現(xiàn)場操作人員，提高了港口的整體經(jīng)濟效益。
　　

2 集控系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和功能

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

作為傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品的有益補充-- PCC（Programmable Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司(B&R)于1994年率先推出的。它與PLC（可編程序控制器）和IPC（工業(yè)控制計算機）相比，既具有PLC的高可靠性、堅固性、靈活性和易擴展性，同時又擁有IPC的運算能力強、實時性好、編程方便的特點，也就是說，它融合了PLC和IPC的優(yōu)勢，特別是在人機交互、軟件編程、調(diào)試環(huán)境及在線調(diào)試監(jiān)測等方面具有一定的優(yōu)勢。

自上世紀90年代末，可編程計算機控制器（PCC）技術(shù)進入我國自動化領(lǐng)域以來，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于我國的各類工業(yè)和其它行業(yè)，隨著國內(nèi)一些重要水電輔機企業(yè)在調(diào)速器和勵磁控制方面的廣泛應(yīng)用，其性能也得到越來越多的用戶青睞和認可。PCC技術(shù)已經(jīng)逐漸掀起了一股自動化技術(shù)創(chuàng)新的潮流。

由于它具備了許多獨特的優(yōu)勢，較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中大家普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便和經(jīng)濟等問題，使PCC正逐漸成為目前工業(yè)自動化領(lǐng)域中的最優(yōu)化選擇方案之一。基于通訊以及擴展能力方面的考慮，銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)選擇了貝加萊公司的PCC 2005系列可編程計算機控制器（采用高性能Pentium級CPU模塊）作為該系統(tǒng)的主要控制核心，同時使用了多臺2003系列緊湊、高速型PCC（CP474型CPU模塊）作為各現(xiàn)場控制分站的控制部件及遠程I/O，它們與其它現(xiàn)場控制/檢測設(shè)備、集中監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等配合，實現(xiàn)對該系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶輸送機全過程的監(jiān)控、監(jiān)測，構(gòu)成了一個性能優(yōu)良、操作方便的港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)。

PCC控制器主要包括CPU模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊等，作為主控原件它具有防潮、抗干擾能力強、現(xiàn)場易編程、易擴展，支持高級語言編程和基本免維護等優(yōu)點，并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件模塊化、自動檢測系統(tǒng)故障和遠程維護診斷等功能。此外，還可采用PCC自帶的通訊接口組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線及自由串口），實現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)通訊。

該集控系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場控制（主要含多個控制站及現(xiàn)場控制/檢測設(shè)備）和集中控制（主要含服務(wù)器、操作員站、工程師站、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏）兩大部分構(gòu)成。集中控制部分設(shè)于中央控制室,它與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議），集中控制與綜合操作臺的監(jiān)控上位機之間同樣也通過以太網(wǎng)（TCP/IP）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場控制站與傳感器之間通過現(xiàn)場總線進行連接(采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議)；現(xiàn)場控制部分承擔對現(xiàn)場設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。該系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)，在通訊距離長于1200米的兩個控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設(shè)置現(xiàn)場控制站。通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可對整個系統(tǒng)的設(shè)備進行監(jiān)視和集中控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能及特點

該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備有完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節(jié)及相關(guān)輔助環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)實現(xiàn)安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設(shè)備的安全。

監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可以在中控室操作員站上監(jiān)視和控制膠帶運輸機的生產(chǎn)過程，完成對皮帶運輸機生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現(xiàn)散貨皮帶運輸生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動化。該系統(tǒng)的主要功能及特點如下所述：
（1）實時運行參數(shù)監(jiān)測。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產(chǎn)工況與工藝參數(shù)，采用圖形、報表的形式來顯示系統(tǒng)的實時工況及目前產(chǎn)量、倉儲等。
（2）實時過程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動完成過程控制，或由操作員手動操作控制。
（3）歷史數(shù)據(jù)查詢。以上實時生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于服務(wù)器中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)重顯、歷史趨勢曲線分析，以及通過直方圖、餅圖等進行綜合分析。
（4）設(shè)備故障及模擬量超限報警。當設(shè)備故障或模擬量超限時，生產(chǎn)監(jiān)測及管理網(wǎng)絡(luò)同步顯示故障設(shè)備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障等功能。將該故障信息存入服務(wù)器中的故障信息數(shù)據(jù)庫，供以后離線統(tǒng)計分析用。
（5）優(yōu)化生產(chǎn)計劃。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定時將生產(chǎn)、經(jīng)營等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，制作計劃和生產(chǎn)完成情況的趨勢分析圖表，為今后的生產(chǎn)計劃提供參考；根據(jù)外運下達計劃和設(shè)備實際狀態(tài)、倉儲煤量，合理安排生產(chǎn)計劃和設(shè)備維修計劃，以最大限度地減少對生產(chǎn)的影響。

（6）選用先進的控制器，系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的可靠性。當?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障時，井下部分仍可實現(xiàn)集控運行，距離雖遠但通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，可靠性高，人機界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。

（7）減少布線成本。由于大量采用遠距離通訊網(wǎng)絡(luò)，大大減少了電纜用量，降低了布線成本，節(jié)約了費用。控制器和網(wǎng)絡(luò)的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統(tǒng)擴展也十分方便，可隨時增加節(jié)點，并通過網(wǎng)絡(luò)在中控室在線修改程序。

2.3 服務(wù)器

該系統(tǒng)配置服務(wù)器一臺，承擔應(yīng)用服務(wù)器和實時及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器的綜合任務(wù)。在該服務(wù)器中存儲較復(fù)雜的算法和程序，處理復(fù)雜計算程序；在其中建立實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和故障信息數(shù)據(jù)庫，以存儲采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和故障信息，并在需要時調(diào)出歷史數(shù)據(jù)以供離線統(tǒng)計分析用。

2.4 操作員工作站

根據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)的功能，在監(jiān)控中心設(shè)置膠帶運輸系統(tǒng)操作員監(jiān)控工作站，它們的功能主要有：

（1）根據(jù)操作人員的不同崗位，設(shè)置不同的操作權(quán)限，各司其職；提供交互式全中文界面的操作平臺，實現(xiàn)各子系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)及工藝參數(shù)的直觀動態(tài)顯示；根據(jù)工藝流程及聯(lián)鎖關(guān)系分別實現(xiàn)各子系統(tǒng)的自動/手動/本地控制。
（2）實時設(shè)定各種運行、生產(chǎn)工藝參數(shù)；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)設(shè)備的運行參數(shù)及狀態(tài)，同時將各參數(shù)數(shù)據(jù)存貯在硬盤上，并將必要的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)傳感器的當前狀態(tài)及測量數(shù)據(jù)；對各臺設(shè)備及重要傳感器的故障狀態(tài)實時報警，采用聲光報警方式，并且打印報警信息，同時將報警信息存貯入數(shù)據(jù)服務(wù)器，便于統(tǒng)一管理及以后對報警信息進行分析；隨時查詢、打印實時趨勢曲線以及規(guī)定的任意時間段內(nèi)的歷史趨勢曲線；隨時查詢、打印規(guī)定的任意時段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)報表。

2.5 工程師工作站

工程師站除具有操作員工作站的一切功能（需授權(quán)）外，還具有以下功能：
（1）根據(jù)工藝的調(diào)整在線修改PCC控制器的應(yīng)用程序，以適應(yīng)新工藝的需要。
（2）將監(jiān)控系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，并輸入港口的信息管理系統(tǒng)中。
（3）設(shè)置彩色打印機，打印實時彩色畫面及彩色趨勢圖。
（4）當某個子系統(tǒng)的操作員工作站發(fā)生故障時，可立即通過設(shè)定操作人員權(quán)限，將工程師站轉(zhuǎn)換成為該子系統(tǒng)的操作員工作站。

3 膠帶運輸機的控制和監(jiān)視

3.1設(shè)計原則和主要技術(shù)要求

該系統(tǒng)由膠帶運輸機、皮帶給料機等基本工藝設(shè)備組成，利用控制設(shè)備、通訊模塊以及打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、滅塵、速度、跑偏、料位等保護裝置,實現(xiàn)皮帶運輸機集中控制與監(jiān)測的要求。設(shè)計原則和主要技術(shù)要求如下：
（1）實現(xiàn)膠帶運輸機系統(tǒng)的集中監(jiān)控，實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示數(shù)據(jù)曲線，對重要信息記錄存盤。
（2）控制方式設(shè)有集控自動/集控手動/就地三種，它們之間可互相轉(zhuǎn)換。正常生產(chǎn)時，使用集控自動方式，設(shè)備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺自動啟停；使用集控手動方式時，可在中央控制臺操作各設(shè)備，但不具備閉鎖和聯(lián)動關(guān)系；選擇就地方式時，在現(xiàn)場直接操作有關(guān)設(shè)備。啟動設(shè)備前由集控臺發(fā)出預(yù)告信號，30秒后，如果現(xiàn)場設(shè)備均滿足集控自動啟動條件，設(shè)備將按順序自動啟動。現(xiàn)場信號箱設(shè)有起動/停車按鈕，可用停車按鈕停止上述啟動過程。如果設(shè)備由集控啟動，控制系統(tǒng)接收到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作程序。
（3）按有關(guān)“技術(shù)規(guī)程”，膠帶運輸機必須裝設(shè)拉線開關(guān)、跑偏保護、低速保護等裝置，這些信號均接入集控系統(tǒng)，參與設(shè)備的緊急停車和閉鎖停車控制。對設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常狀況進行實時報警，并發(fā)出聲光警示信號。一般故障只報警，但當發(fā)生現(xiàn)場設(shè)備非正常停車或嚴重故障時，故障設(shè)備及其上游設(shè)備緊急停車，下游設(shè)備順物料流動方向延時閉鎖停車。

3.2主要功能

（1）在每臺設(shè)備機頭旁均設(shè)有就地操作箱，箱上裝有工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)及就地起/停鈕；所有膠帶運輸機上的給煤點均設(shè)置堆煤保護和縱向撕裂保護裝置，以防止膠帶機事故的擴大；所有膠帶運輸機均設(shè)有兩級跑偏開關(guān)，每隔約50米設(shè)置一對跑偏開關(guān)，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車；所有膠帶運輸機均設(shè)拉線開關(guān)，用于緊急情況下的停車，急停拉線開關(guān)的安裝間距均按50米進行配置，并可擴展下皮帶的跑偏保護，以保證設(shè)備和人身安全；擴音電話采用新型的選撥電話系統(tǒng)，安裝間距按200米進行配置。
（2）水平膠帶運輸機的拉緊裝置采用液壓調(diào)節(jié)方式，開誠公司提供一套膠帶機的松帶檢測傳感器［8］，由PCC控制完成膠帶機的張力自動調(diào)節(jié)功能；在皮帶機頭設(shè)置堆料傳感器，以防止皮帶堆料事故的發(fā)生；在皮帶機上設(shè)置皮帶速度傳感器，以檢測皮帶的超速及打滑狀態(tài)；在皮帶廊道設(shè)置煙霧傳感器，檢測皮帶廊道的煙霧濃度以防止火災(zāi)事故的發(fā)生；在皮帶機的主滾筒設(shè)置溫度傳感器，實時檢測滾筒的溫度，并配備自動噴水裝置，當滾筒超溫時實施自動噴水以對主滾筒進行冷卻；膠帶運輸機每隔約100米設(shè)置起動預(yù)警裝置，設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠離設(shè)備；膠帶驅(qū)動電動機的電流實時監(jiān)測功能可發(fā)現(xiàn)一些機械設(shè)備的潛在故障隱患，運行中對電動機的電流進行實時監(jiān)測分析，當發(fā)生電流超限或突變時報警，嚴重時自動停機。實現(xiàn)給料機與皮帶的閉鎖，實現(xiàn)與前工序皮帶的閉鎖功能，具有自動、手動、檢修等控制方式；
（3）在軟件與硬件設(shè)計上采用了先進的矩陣控制功能，節(jié)省主電纜的費用；自控系統(tǒng)在性能上具有良好的抗?jié)駸嵝浴⒖垢蓴_性；在結(jié)構(gòu)上能滿足在港口條件下迅速檢修或更換元器件，根據(jù)港口的現(xiàn)場環(huán)境，控制箱采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，其他采用防腐措施；可根據(jù)膠帶機系統(tǒng)的故障性質(zhì)，進行緊急停機、順序停機或發(fā)出報警聲光信號；在集中操作臺上能集中顯示膠帶機的工作狀態(tài)、故障類型、故障地點；將驅(qū)動系統(tǒng)中的軟啟動器和變頻器納入監(jiān)控；設(shè)有多種操作方式：集中聯(lián)動、集中手動、就地聯(lián)動、就地手動、禁止起動等，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式下，所有設(shè)備由集控室操作員通過上位機操作，多種流程選擇；在聯(lián)動方式下，可根據(jù)工藝選擇運輸流程，膠帶啟動順物料流動方向，并根據(jù)膠帶速度、長度延時開車，以減少運行時間；重載啟動時，按逆料流方向啟動；系統(tǒng)停止或無料時延時自動停車。

（4）完善的信息處理功能，報警信息、運行參數(shù)、操作記錄等信息自動形成標準格式的數(shù)據(jù)庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用；實現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)微機化管理［3］：
1)界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。有形象逼真的動態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實時報警監(jiān)視、安全確認機制和數(shù)據(jù)記錄功能。對操作員素質(zhì)無特殊要求，培訓簡單。
2)報警信息和重要運行參數(shù)在硬盤存儲，數(shù)據(jù)表格和曲線可隨時調(diào)出。
3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)存入計算機硬盤，可由管理信息系統(tǒng)按需調(diào)用。

（5）具有故障自診斷功能
1）網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷線、干擾等傳輸故障時，能自動偵測到，并發(fā)出報警信息。
2）PCC故障自診斷。當PCC的CPU和通訊適配器發(fā)生故障時，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡(luò)的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報警信息；當PCC的I/O模塊發(fā)生故障時，CPU會通過I/O模塊的狀態(tài)位偵測到故障并判斷故障類型，系統(tǒng)將發(fā)出報警信息。
3）傳感器和信號線故障診斷。當模擬量傳感器或信號線發(fā)生斷線故障時，PCC通過測量值判斷故障并發(fā)出報警信息。

3.3 可實現(xiàn)自動化系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享
計算機管理工作站設(shè)信息管理系統(tǒng)，決策者通過管理工作站可根據(jù)各自權(quán)限遠程訪問監(jiān)控上位機，并獲得現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、設(shè)備管理信息和生產(chǎn)統(tǒng)計分析。

3.4 維護簡便

（1）I/O模塊采用可拆卸端子排，當出現(xiàn)故障時，集控室將發(fā)出聲光報警信號，可在幾分鐘之內(nèi)完成對故障部件的更換。
（2）系統(tǒng)擴展方便。當系統(tǒng)改進需要增加新設(shè)備時，可以方便地加入節(jié)點，并通過網(wǎng)絡(luò)在線修改程序。

（3）由于該系統(tǒng)具有自診斷功能，能及時報告故障時間、位置、類型等信息，便于維護。

4 結(jié)束語

通過長期運行的考驗，該港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)總體運行情況良好，經(jīng)濟效益顯著。

港口膠帶輸送機自動化系統(tǒng)涉及的范圍較廣，系統(tǒng)設(shè)計時要根據(jù)港口工藝、規(guī)模、港區(qū)布置，既要考慮到設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性、投資方面的合理性，同時也要顧及港口擴建的可行性等因素，只有這樣才能滿足港口擴建、發(fā)展的需要。

參考文獻

［1］鄧則名，鄺穗芳.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999

［2］邱公偉可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用. 北京：清華大學出版社，2000

［3］方承遠工廠電氣控制技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2000

［4］鄒金慧，黃宋魏楊，曉洪可編程序控制器（PLC）原理及應(yīng)用.昆明：云南科技出版社2000

［5］楊士元，可編程序控制器（PC）編程應(yīng)用和維修. 北京：清華大學出版社，1995

［6］鄭瑜平，可編程序控制器. 北京：北京航空航天大學出版社，1995

［7］S7-200可編程序控制系統(tǒng)手冊. SIEMENS，2000