珠海發電廠卸船機控制系統改造后分析

摘 要：本次改造是對卸船機PLC控制系統及直流調速系統進行升級改造，同時結合無線以太網通訊，實現對現場設備的監測與控制。提高了卸船機系統的自動化管理、運行、維護水平及安全性能，大大的提高了作業效率。

關鍵詞：PLC；直流調速系統；以太網；實時監控

1 原卸船機控制系統介紹

珠海發電廠煤碼頭有KONE公司的抓斗卸船機4臺，每臺出力為1500T，其核心部分PLC是西門子S5-155產品，CPU為CPU948，主機架包括2個IM308C PROFIBUS主站的通訊卡，分別連接卸船機起升、開閉、小車/懸臂驅動機構的3個直流驅動器，機構驅動系統采用西門子的6RA24直流調速系統。由KONE公司隨卸船機提供。

該系統是90年代隨電廠建廠時配置，經過十多年的運行，問題越來越多，存在的問題有：（1）經常出現不明故障，發生故障的幾率大大增加，安全系數降低，十分不利于設備的正常運行；（2）PLC與交直流調速系統之間的通訊接口復雜，難于對它們之間的數據進行分析，故障報警系統不完善，不利于對它們進行故障診斷；（3）卸船機因S5系列備件停產，部分模塊已停產不能供貨，已經無法滿足卸船機生產維護的要求。所用備件難于采購，檢修維護困難比較；（4）使用簡易操作面板，功能少、限制條件多、難于操作、不利于及時查找設備故障，故障排查難，檢修維護困難。

2 改造后卸船機PLC控制系統介紹

將現有以S5-155（CUP948+ET200U）為基礎的控制系統改造為PLC為S7-400， CPU為CPU414-2為基礎的西門子最新的可編程控制系統，控制系統采用基于Profibus-DP的通訊網絡，采用分布式的I/O模塊通訊形式；用一個主控制站帶3個遠程控制從站的系統結構。交/直流驅動及電氣房所有ET200M站通過PROFIBUS網絡連接到PLC，司機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模塊接收外部設備采集的輸入信號及通過輸出繼電器將信號傳輸到外部設備。改造后從站有24個ET200M，包括984/316個DI/DO，24個輸出模擬量；原有的直流調速系統升級到新一代的驅動系統6RA80。

3 改造后直流驅動系統介紹

PLC S7-400實現PROFIBUS通訊（如上網絡拓撲圖所示）；同時在功能上外加八對硬接線控制：運行反饋、故障反饋、風機電源反饋、調節電源反饋、風扇電源反饋、啟動運行開關、使能開關、斜坡指令。根據監測需要增加對四大機構的直流電機進行測溫監控，每臺電機有兩個測點，該測量信號能進入PLC系統作為聯鎖保護條件，并在上位機實現實時監測及報警。卸船機直流調速系統改造后，對直流調速器參數優化設置；與改造后的控制系統西門子S7-400 PLC可編程控制器、工業網絡和現場總線及上位機等產品集成高性能的直流傳動控制系統。在試運行和負珠海發電廠卸船機起升、開閉、小車、懸臂驅動機構為直流調速。改造工程中保留原有的控制柜，其原有直流驅動器一次及二次回路不變。只是將其中原有的6RA24直流驅動模塊拆除，更換為能滿足工作要求新6RA80驅動模塊，更換后的直流驅動器與西門子載運行過程中對卸船機起升、開閉、小車、懸臂機構直流傳動控制系統各項控制功能進行測試PLC程序邏輯控制的要求，實現卸船機原控制系統的半自動化流程控制、自動開閉斗、位置同步、負載平衡、深挖、卸料準確定位、自動防搖、手動進斗防搖、自動故障診斷與保護等功能，設備更加安全、可靠、高效。

4 改造后無線實時控制的概述

卸船機控制系統升級改造后，新增加了無線實時控制以太網。PLC把卸船機的運行和傳感器、驅動設備等現場信息采集后通過數據處理單元變為開關量輸出，通過各從站（#1-#4卸船機）上的無線網橋實時發送至主站（燃料樓）無線網橋段，主站無線網橋接收到數據后拆包傳送給工控機，工控機根據地址對號入座方式實現畫面顯示。

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連接到工業以太網，利用以太網客戶端接入的無線設備，與主站系統網絡中的無線接入點AP通訊，實現與主站以太網專線互聯，各個站點進行IP分配后，在網絡中只需要在已有的電腦當中安裝相對應的軟件，就能通過瀏覽器直接訪問控制。通過無線網絡，將現場的實時生產數據信號及視頻監控信號傳輸至控制中心（燃料樓）， 實現本地計算機對遠端的生產作業過程的監測和控制。同時通過網絡交換機與信息中心的廠級生產數據化系統進行數據交換。

#1----#4卸船機現場運行工況由PLC控制系統實現控制邏輯、數據的采集。

各卸船機采用無線網橋以及全向天線通過中心控制室無線AP構成無線以太局域網絡，實現生產實時控制。

上位機系統提供有與廠級SIS（廠生產過程自動化）的接口，實現卸船機的生產信息在整個電廠范圍內的信息共享。

5 改造后控制系統的功能

新系統所用的軟件包括PLC（下位機）控制軟件和（上位機）人機界面軟件。下位機編程軟件采用的是STEP7V5.2，主要功能是完成系統的編程和組態；上位機軟件采用WINCC，主要功能是實現人機界面，把卸船機的運行狀態、運行速度、故障狀態顯示出來。無線網絡透過網關連通控制網絡，將PLC的數據集成發送到PC系統的wincc組態軟件上，組態軟件可通過運行畫面觀察每臺卸船機運行工況。

通過無線橋接傳輸回來的實時監控總畫面，下設各機構如小車、起升、開閉、懸臂、大車及輔助機構等分畫面，再對每具體機構參數、位置、限位、電機等進行實時監控，并利用仿真圖形形象標出位置，也可選擇多個監控變量生成實時曲線及歷史曲線。實時查詢卸船機各機構的狀態信息，運行連鎖條件狀態，故障信息等，方便供維修人員遠程在線診斷和管理，提高設備安全可靠性及故障處理效率。

6 結語

此次卸船機控制系統升級改造，為盡可能減少對正常生產的影響，節約改造成本，保留原有的交流系統、低壓回路及接線端子等部分；只對直流系統變頻器、PLC相關原件進行更換，新增上位操作終端的組態，完善硬件系統的故障診斷功能；改造后PLC控制系統穩定可靠，故障查找方便，兼容性好，擺脫了無備件、維護困難的局面。同時運用遠程無線監控技術，顯著的改善了碼頭的監管狀況，提高了管理管理水平。