珠海發(fā)電廠卸船機(jī)控制系統(tǒng)改造后分析

摘 要：本次改造是對卸船機(jī)PLC控制系統(tǒng)及直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，同時結(jié)合無線以太網(wǎng)通訊，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測與控制。提高了卸船機(jī)系統(tǒng)的自動化管理、運(yùn)行、維護(hù)水平及安全性能，大大的提高了作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：PLC；直流調(diào)速系統(tǒng)；以太網(wǎng)；實時監(jiān)控

1 原卸船機(jī)控制系統(tǒng)介紹

珠海發(fā)電廠煤碼頭有KONE公司的抓斗卸船機(jī)4臺，每臺出力為1500T，其核心部分PLC是西門子S5-155產(chǎn)品，CPU為CPU948，主機(jī)架包括2個IM308C PROFIBUS主站的通訊卡，分別連接卸船機(jī)起升、開閉、小車/懸臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)的3個直流驅(qū)動器，機(jī)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)采用西門子的6RA24直流調(diào)速系統(tǒng)。由KONE公司隨卸船機(jī)提供。

該系統(tǒng)是90年代隨電廠建廠時配置，經(jīng)過十多年的運(yùn)行，問題越來越多，存在的問題有：（1）經(jīng)常出現(xiàn)不明故障，發(fā)生故障的幾率大大增加，安全系數(shù)降低，十分不利于設(shè)備的正常運(yùn)行；（2）PLC與交直流調(diào)速系統(tǒng)之間的通訊接口復(fù)雜，難于對它們之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，故障報警系統(tǒng)不完善，不利于對它們進(jìn)行故障診斷；（3）卸船機(jī)因S5系列備件停產(chǎn)，部分模塊已停產(chǎn)不能供貨，已經(jīng)無法滿足卸船機(jī)生產(chǎn)維護(hù)的要求。所用備件難于采購，檢修維護(hù)困難比較；（4）使用簡易操作面板，功能少、限制條件多、難于操作、不利于及時查找設(shè)備故障，故障排查難，檢修維護(hù)困難。

2 改造后卸船機(jī)PLC控制系統(tǒng)介紹

將現(xiàn)有以S5-155（CUP948+ET200U）為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)改造為PLC為S7-400， CPU為CPU414-2為基礎(chǔ)的西門子最新的可編程控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用基于Profibus-DP的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用分布式的I/O模塊通訊形式；用一個主控制站帶3個遠(yuǎn)程控制從站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。交/直流驅(qū)動及電氣房所有ET200M站通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接到PLC，司機(jī)室及煤斗平臺處從站的ET200M通過光電模塊（OLM）以及光纜連接到PLC。PLC的CPU通過I/O模塊接收外部設(shè)備采集的輸入信號及通過輸出繼電器將信號傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。改造后從站有24個ET200M，包括984/316個DI/DO，24個輸出模擬量；原有的直流調(diào)速系統(tǒng)升級到新一代的驅(qū)動系統(tǒng)6RA80。

3 改造后直流驅(qū)動系統(tǒng)介紹

PLC S7-400實現(xiàn)PROFIBUS通訊（如上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D所示）；同時在功能上外加八對硬接線控制：運(yùn)行反饋、故障反饋、風(fēng)機(jī)電源反饋、調(diào)節(jié)電源反饋、風(fēng)扇電源反饋、啟動運(yùn)行開關(guān)、使能開關(guān)、斜坡指令。根據(jù)監(jiān)測需要增加對四大機(jī)構(gòu)的直流電機(jī)進(jìn)行測溫監(jiān)控，每臺電機(jī)有兩個測點，該測量信號能進(jìn)入PLC系統(tǒng)作為聯(lián)鎖保護(hù)條件，并在上位機(jī)實現(xiàn)實時監(jiān)測及報警。卸船機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)改造后，對直流調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化設(shè)置；與改造后的控制系統(tǒng)西門子S7-400 PLC可編程控制器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線及上位機(jī)等產(chǎn)品集成高性能的直流傳動控制系統(tǒng)。在試運(yùn)行和負(fù)珠海發(fā)電廠卸船機(jī)起升、開閉、小車、懸臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)為直流調(diào)速。改造工程中保留原有的控制柜，其原有直流驅(qū)動器一次及二次回路不變。只是將其中原有的6RA24直流驅(qū)動模塊拆除，更換為能滿足工作要求新6RA80驅(qū)動模塊，更換后的直流驅(qū)動器與西門子載運(yùn)行過程中對卸船機(jī)起升、開閉、小車、懸臂機(jī)構(gòu)直流傳動控制系統(tǒng)各項控制功能進(jìn)行測試PLC程序邏輯控制的要求，實現(xiàn)卸船機(jī)原控制系統(tǒng)的半自動化流程控制、自動開閉斗、位置同步、負(fù)載平衡、深挖、卸料準(zhǔn)確定位、自動防搖、手動進(jìn)斗防搖、自動故障診斷與保護(hù)等功能，設(shè)備更加安全、可靠、高效。

4 改造后無線實時控制的概述

卸船機(jī)控制系統(tǒng)升級改造后，新增加了無線實時控制以太網(wǎng)。PLC把卸船機(jī)的運(yùn)行和傳感器、驅(qū)動設(shè)備等現(xiàn)場信息采集后通過數(shù)據(jù)處理單元變?yōu)殚_關(guān)量輸出，通過各從站（#1-#4卸船機(jī)）上的無線網(wǎng)橋?qū)崟r發(fā)送至主站（燃料樓）無線網(wǎng)橋段，主站無線網(wǎng)橋接收到數(shù)據(jù)后拆包傳送給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)地址對號入座方式實現(xiàn)畫面顯示。

S7-400模塊集成有MPI和DP通信接口，改造后配有cp443-1通訊模塊，通過它將PLC-400連接到工業(yè)以太網(wǎng)，利用以太網(wǎng)客戶端接入的無線設(shè)備，與主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的無線接入點AP通訊，實現(xiàn)與主站以太網(wǎng)專線互聯(lián)，各個站點進(jìn)行IP分配后，在網(wǎng)絡(luò)中只需要在已有的電腦當(dāng)中安裝相對應(yīng)的軟件，就能通過瀏覽器直接訪問控制。通過無線網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)信號及視頻監(jiān)控信號傳輸至控制中心（燃料樓）， 實現(xiàn)本地計算機(jī)對遠(yuǎn)端的生產(chǎn)作業(yè)過程的監(jiān)測和控制。同時通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與信息中心的廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

#1----#4卸船機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行工況由PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制邏輯、數(shù)據(jù)的采集。

各卸船機(jī)采用無線網(wǎng)橋以及全向天線通過中心控制室無線AP構(gòu)成無線以太局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)實時控制。

上位機(jī)系統(tǒng)提供有與廠級SIS（廠生產(chǎn)過程自動化）的接口，實現(xiàn)卸船機(jī)的生產(chǎn)信息在整個電廠范圍內(nèi)的信息共享。

5 改造后控制系統(tǒng)的功能

新系統(tǒng)所用的軟件包括PLC（下位機(jī)）控制軟件和（上位機(jī)）人機(jī)界面軟件。下位機(jī)編程軟件采用的是STEP7V5.2，主要功能是完成系統(tǒng)的編程和組態(tài)；上位機(jī)軟件采用WINCC，主要功能是實現(xiàn)人機(jī)界面，把卸船機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行速度、故障狀態(tài)顯示出來。無線網(wǎng)絡(luò)透過網(wǎng)關(guān)連通控制網(wǎng)絡(luò)，將PLC的數(shù)據(jù)集成發(fā)送到PC系統(tǒng)的wincc組態(tài)軟件上，組態(tài)軟件可通過運(yùn)行畫面觀察每臺卸船機(jī)運(yùn)行工況。

通過無線橋接傳輸回來的實時監(jiān)控總畫面，下設(shè)各機(jī)構(gòu)如小車、起升、開閉、懸臂、大車及輔助機(jī)構(gòu)等分畫面，再對每具體機(jī)構(gòu)參數(shù)、位置、限位、電機(jī)等進(jìn)行實時監(jiān)控，并利用仿真圖形形象標(biāo)出位置，也可選擇多個監(jiān)控變量生成實時曲線及歷史曲線。實時查詢卸船機(jī)各機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息，運(yùn)行連鎖條件狀態(tài)，故障信息等，方便供維修人員遠(yuǎn)程在線診斷和管理，提高設(shè)備安全可靠性及故障處理效率。

6 結(jié)語

此次卸船機(jī)控制系統(tǒng)升級改造，為盡可能減少對正常生產(chǎn)的影響，節(jié)約改造成本，保留原有的交流系統(tǒng)、低壓回路及接線端子等部分；只對直流系統(tǒng)變頻器、PLC相關(guān)原件進(jìn)行更換，新增上位操作終端的組態(tài)，完善硬件系統(tǒng)的故障診斷功能；改造后PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，故障查找方便，兼容性好，擺脫了無備件、維護(hù)困難的局面。同時運(yùn)用遠(yuǎn)程無線監(jiān)控技術(shù)，顯著的改善了碼頭的監(jiān)管狀況，提高了管理管理水平。