PCC在銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PCC在銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應(yīng)用姚 晨（安徽省港航勘測設(shè)計院，安徽 合肥 230011）摘 要：可編程計算機控制器（PCC）作為奧地利貝加萊公司早在1994年就推出的一代獨特的硬件平臺，是對傳統(tǒng)PLC功能的極大提升，其配置的靈活性、平臺的開放性以及高度智能化使復(fù)雜的控制功能得以完美地實現(xiàn)。本文介紹了該PCC在安徽銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應(yīng)用。配合港口貨物運輸工藝，設(shè)置了一個控制中心和多個現(xiàn)場控制站，采用以主控PCC為控制核心的集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)和工業(yè)電視系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實現(xiàn)對整個膠帶運輸機系統(tǒng)的遙測、遙信和遙控，從而大大地提高了生產(chǎn)效率

2、和安全性。 關(guān)鍵詞：PCC系統(tǒng)； 集中監(jiān)控； 膠帶運輸機； 貝加萊自動化 中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B Application of PCC in the Centralized Monitoring and Control System for Belt Conveyors in Tongling HarborYAO Chen（Survey and Design Institute of Harbor Channel of Anhui Province，Hefei 230011,China）Abstract: Programmable Computer Controller (PCC

3、), as a generation of particular hardware platform released by B&R Company in Austria as long ago as 1994, has remarkably upgraded the functions of traditional PLC. It can perfectly realize the complex control functions due to its flexibility of the system configuration, openness of the platform

4、 and the high intelligentization. This paper introduces the application of PCC in the centralized monitoring and control system (CMCS) for belt conveyors in Tongling harbor of Anhui Province. Coordinating with the harbor merchandise transportation process, a control center and multiple site control

5、stations are set up, the designer applies the centralized monitoring and control system in which the main PCC as the control core and combining the CMCS with the dispatching telephone system and the industry TV system to constitute a complete operating, dispatching, and monitoring network system. So

6、 that the remote measurement, remote communication and remote control of the entire belt conveyor system are implemented; thus the production efficiency and safety are improved. Keywords: PCC System; Centralized Monitoring and Control; Belt Conveyor; B&R Automation1 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

7、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（

8、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

9、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?；谕ㄓ嵰约皵U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)

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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?？刂破骱途W(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

15、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

16、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

17、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

18、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?，F(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

19、（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

20、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

21、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?、抗干擾性；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

22、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）

23、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

24、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，19992邱公偉 可編程