| 标题 | PLC在港口自动配煤系统中的应用 |
| 范文 | 姚文魁 摘 要： 配煤可以改善煤质、满足客户需求，扩大销售市场。在港口煤炭的存储、运输过程中，配煤作业是不可或缺的。 将各种煤质指标不同的煤按一定的比例配成混合煤，可以满足不同用户的需求。由于港口煤炭配煤作业数量巨大，质量要求较高，对港口的配煤设备设施要求很高。传统配煤设备效率低，准确性差，成本高，已经被淘汰。以PLC自动控制技术为主体，结合煤质检验技术、变频控制技术及传感器技术，构建港口自动配煤系统，可以有效提高港口煤炭生产效率。 关键词：港口 PLC；自动控制；配煤；应用分析 中图分类号：TM76 文献标识码：A 1.PLC概述 PLC（可编程逻辑控制器）本质上是一种专为工业环境的应用而设计的计算机，主要有电源模块、CPU（中央处理单元）等，另外还包括一些具备丰富功能的模块，如各种通信模块和计数模块。 PLC有以下优点：第一，使用灵活、通用性强。PLC可广泛应用于各行业的过程控制，尤其是近年来随着PLC的进一步发展，其程序处理能力越来越强大，功能模块也多种多样，可以很好地适应各生产领域的需要；第二，可靠性高、抗干扰能力强。传统继电控制经常会出现继电器触电接触不良和线圈烧毁的故障，而PLC采用内部节点，可靠很高。在国内实际应用中，在产品正常使用环境下，大部分一线品牌的PLC都可以无故障运行10年以上，部分PLC控制系统可以稳定运行20年以上。这是传统电气设备做不到的。由于其采用了各种软、硬件抗干扰措施，可以在复杂的现场环境中取得较好的工作效果；第三，接口简单。其输入、输出接口采用光电隔离，还可以进行接口扩展。在实际使用安装中都易于操作。由于其采用内部程序代替传统功能继电器，大大减少了硬件电路的故障率，控制电路维护量很小；第四，维护方便。PLC各模块都带有指示灯，可准确反映当前各模块工作状态和故障，利于维护人员排除故障。第五，编程语言易学易用。随着编程软件的发展，编程软件大部分都有了汉语版本，同时编程软件也提供了越来越多的功能块，供编程人员直接使用，编程变得越来越简单易学。 2.港口PLC配煤系统的硬件构成 港口自动配煤系统一般采用分布式控制结构，硬件部分由上位机（操作员站、工程师站/便携式编程器、监控中心和监视屏）和PLC（下位机）及现场设备（给煤机及其他传感器等）3部分构成。 （1）上位机：上位机本质是一种操作人员可以直接发出命令的计算机。通过其安装的上位监控软件向下位机（PLC）发出和接收下位机传输的相关信息。一般多采由两台冗余的操作站负责与系统的主PLC的CPU进行通信，并将数据传送到操作员站和工程师站。 （2）下位机（PLC）：一方面读取现场设备各种数据，经过处理后传输给上位机，另一方面接收并执行上位机发出的命令。以开滦码头为例，采用施耐德公司的Modicon系列的PLC，该控制器主要由CPS电源模块、 CPU模块、以太网通信模块及一系列的开关量输入输出、模拟量输入输出模块、高速计数模块等组成。 （3）现场设备 给煤机多采用皮带运输方式，其核心是一套皮带称重系统，主要由速度传感器、压力传感器及控制仪表组成。其工作原理是测量皮带运动的速度和单位长度皮带上承载的煤的重量，经过运算获得给煤机的瞬时流量和累计流量。控制仪表将设定的煤流量和实际的煤流量经过PID处理，自动调节给煤机皮带运行的速度，达到自动给煤的目的。 给煤机的实时运行数据传送到称重仪表，仪表与PLC进行通信，将给煤机的瞬时流量、累计流量即时传送到PLC。 变频器可根据PLC的指令控制给煤机的给料速度，进而控制配煤过程中各煤种比例。 （4）通信：上位机与PLC设于中央控制室，一般多采用工业以太网（TCP/IP协议）进行通信。PLC与现场设备及各种传感器通过现场总线（（采用Modbus以及自由口通信协议）进行数据传输。 3.港口PLC配煤系统的软件构成 该系统主要由HMI（人机交互界面）软件和PLC程序软件两部分构成。通过这两个软件，实现配煤系统的生产作业流程控制，同时实时进行数据的采集、传输及处理。PLC控制系统将处理好的数据传送给上位机再通过HMI（人机交互界面）软件来显示设备状态、记录数据，使操作员可以及时了解设备运转情况，做出正确的判断和操作。操作员可以在中控室操作员站上实时监测配煤系统的运行状态，根据生产需求，进行配煤设备的选择及参数设置，实现对配煤系统的人工干预。 HMI（人机交互界面）软件：上位监控软件通过驱动程序与PLC通信，进而实现过程监控功能。我国使用广泛的有美国intellution公司的IFIX组态软件、德国西门子公司的WinCC及从国产的组态王等。这些自动化监控组态软件广泛于冶金、电力、港口等各种工业应用领域当中。其具有较强的功能性、安全性、通用性。 通过HMI软件主要实现以下功能：第一，实时运行参数监测。上位机软件通过PLC可实时监测到现场配煤设备的工作状态及配煤各项指标，采用丰富形象的图形、功能灵活的报表的形式来显示当前系统配煤作业速率、设备工况和与配煤质量变化等生产情况。第二，参数设置，操作人员可以根据生产实际需要实现对配煤比例、配煤速率的参数设置，操作简单易学。第三，电子签名。通过设置不同级别的权限等级，实现对不同级别操作人员操作权限的管理。只有拥有相应的权限，才能修改对应权限的配煤参数。 PLC程序控制软件：PLC编程软件发展到今天，种类虽然多种多样，但功能逐渐趋于一致。目前应用较多的编程软件主要具备以下功能： （1）支持多种编程语言，如功能块图（FBD）等可适应不同操作水平的编程人员使用。 （2）程序的可复制性。编程人员只要对具备某一功能的程序进行一次编程，以后就可以无限次地对其进行复制使用，节约了劳动力。 （3）强大的在线监控功能，编程人员可在线实时监控程序的实际运行状况，利于程序的检测和故障的排除。 （4）支持搜索和注释。编程人员可对程序进行变量及其他内容的搜索，同时可对编程序内部任何位置放置注释，极大地方便了编程人员的使用。 （5）不同层次的权限管理和密码保护。既利于编程人员的知识产权保护，也利于程序的稳定运行。 港口自动配煤系统主要实现以下功能：第一，能够实现配煤控制的自动配煤和人工手动配煤。自动配煤是系统能够根据客户需求自动计算出配煤参数并给出配煤策略，实现系统的自动运行并达到所需的配煤比例。人工手动控制方式就是根据各给料机反映的各煤种的下料速度，通过手动来调节各给煤机的启停及流量，人工调节配煤比例。第二，系统能够实现参数的监测、报警。系统参数监测的范围主要包括瞬时流量、即时煤质指标、给煤机的运行状态、变频器参数、皮带机运行状态、煤仓料位状态等。第三，实时过程控制。实现系统所属设备的顺序启、停及参数采集，系统自动完成过程控制，必要时才需操作员手动操作调整。第四，设备故障报警及紧急停车保护。当设备故障或超过预设定值时，根据程序设计，自动进行声光报警，在必要时，为保护设备和人身安全，可以自动紧急停车。 结语 隨着海运的快速发展，对港口设备的生产效率要求会越来越高，采用自动化配煤控制系统是降低操作人员工作强度、提高港口工作效率的有效途径。 参考文献 [1]北京矿业大学出版社编委会，电力配煤、动力配煤、炼焦配煤新技术新工艺及质量控制实用手册，第一卷[M].北京：北京矿业大学出版社，2008. [2]周萍.对港口自动化配煤系统设计的相关探讨[J].中国高新技术企业，2011（7）：55-56. [3]张志伟，张文，胡丙升.配煤的计算和自控及工业应用[J].煤矿机械，2010，31（7）：205-207. |
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