智能控制系統在砂石骨料行業中的應用

楊瑞華 孟松坡

摘 要：隨著國家“一帶一路”發展戰略規劃的推進，一些鐵路、城軌交通、海綿城市、地下管廊等大型項目基礎設施建設任務已經拉開序幕。在這些重點項目逐步推進和落地環境下，對砂石骨料的剛性需求日益增大，傳統的砂石骨料生產線已無法滿足目前市場的需求。隨著計算機技術、自動化控制技術、智能化控制技術、集成化控制技術的發展，越來越多的砂石骨料生產線也引入了“自動化控制系統”“智能化控制系統”“集成化控制系統”“無人化控制系統”來服務生產線。實現了砂石骨料線的“快速”“安全”“穩定”的生產要求；同時也實現了“綠色礦山”“和諧礦區建設”的要求。文章詳細分析了智能控制系統在砂石骨料行業中的應用。

關鍵詞：智能；骨料；自動化控制

1 早期砂石生產線生產情況

早期的砂石生產線一般無法實現自動化，生產系統集成化、智能化、環保化的控制要求一般是簡單地在一些設備周圍固定一些設備的現場控制箱來啟停設備，現場接線不規范，易出現“蜘蛛網”的現狀。沒有系統的控制監控系統，生產線上的膠帶輸送機易出現打滑、跑偏、撕裂；喂料機口易出現喂料不均勻，堵料現象；振動篩易出現振動量忽大忽小，下料不均勻；成品庫易出現不知現存料的多少、售料系統易出現作弊等現狀。這樣整個生產線只能靠生產管理人員的責任心以及管理經驗來生產，嚴重制約了生產線的機動性和生產產量的提高，同時環保不到位，也對環境破壞嚴重[1]。

2 引進自動化、智能化、集成化的控制系統

針對目前砂石骨料生產線現存的問題，我們經過研究與實踐，把生產線上各個設備用自動化技術串接起來，實現了集成的控制模式，同時也實現了無人化的操作手段。控制串接拓撲圖如圖1所示。

其中PC1與PC2為中控系統的工業級計算機（在中控室），二者之間互為冗余系統，以UPS不間斷電源為其供電，保證控制系統不受廠區停電的困擾。

3 系統的具體控制

該控制系統完全采用德國西門子工業自動化家族的軟硬件設備，主控制器采用西門子高級可編程控制器S7-1500 CPU系列為核心，現場級通過拓展西門子分布式遠程IO分為各個電離室的分站點（破碎電力室站點、篩分電力室站點、成品庫電力室站點）主機CPU與各個電力室分站點采用“快速”“穩定”“防干擾”的PROFINET現場總線技術（以光纖環網為傳輸介質）進行銜接。主機CPU與中控室的上位機軟件進行鏈接，二者同為西門子品牌，之間存在無限兼容性[2]。該控制系統的網絡拓撲圖如圖2所示。

4 系統控制模式與邏輯關系

該系統中具有3種控制方式：上位機自動控制，上位機手動控制，現場操作箱控制。其中現場操作箱控制權限最高，上位機手動控制次之。三者之間可以相互轉換[3]。

4.1 上位機自動控制（連鎖控制）

在整條線生產工程中設備存在連鎖關系，例如開機連鎖（只有下游設備開啟后才能開上游設備），關機連鎖（正常情況時候上游設備關機后才可以關下游設備，非正常情況具有急停功能）。該連鎖的優越性體現在：減少操作人員的誤操作，減少事故發生，使整條生產線安全健康地啟動，同時系統程序擁有自檢功能，時刻提醒操作人員設備的運行狀態，使設備故障消除在開機前狀態，避免給公司造成損失。

4.2 手動啟動控制

整個生產系統的每臺可控設備都具有手動功能，此功能用于整條生產線的初期調試階段和后期某個設備維修階段與設備打油（設備需要手動）。同時在系統自動啟動沒有啟動完（故障原因）時用于連鎖自動啟停的補充功能。

4.3 現場操作箱控制

當設備維護人員在現場通過現場箱上的旋鈕打到現場級的時候，就可以通過現場操作箱上啟動，停止按鈕進行現場控制設備（設備檢修、設備調試階段用）。

5 智能售料系統的方案

由于目前國內的砂石生產線多為露天生產，現場生產與售料系統容易出現混亂，故設計了無人值守的刷卡裝車系統，減少了無人化操作與作弊的現象。

無人值守進料系統是結合人們多年的礦山管理經驗，自主研發的一套無人值守自動過磅系統，可以實現原石拉運計重的自動記錄，全程無需人員值守，可以很大程度節省人力。系統內置詳細的報表統計功能，可以查詢每趟過磅記錄，方便財務人員進行財務統計。系統擁有多種檢測算法，可以有效防止作弊，保證系統安全穩定運行[4]。

5.1 制卡環節

司機先將空車行駛至地磅上，操作員根據地磅讀數將車輛的皮重、車輛車號、ID卡卡號等信息存入系統，數據記錄成功后，操作員將ID卡片發放給司機。

5.2 ID卡安裝

司機將領取的ID卡放入車內，張貼到前擋玻璃中間位置，以后每次過磅的時候系統自動讀取ID卡，查找該車輛信息。

5.3 過磅環節

司機將重車開上地磅，系統中的遠程讀卡器可以遠距離掃描到車內的ID卡根據卡內的信息，即可在系統中查找當前上磅車輛的信息。并且自動將該車信息記錄至數據庫中，同時地磅旁邊裝有LED屏幕，提示司機上磅或者下磅，并顯示該車輛的進料次數與進料重量等信息，同時地磅旁邊的攝像機會自動抓拍圖片并上傳至服務器。

5.4 打票環節

可以在系統設置每過一車打印一張小票，司機可以每次過磅后去磅房自行取走自己的小票。也可以在系統中設置批量打印小票，這樣可以在每次下班前統一打印過磅小票。

6 結語

該系統通過對砂石生產廠家的舊線改造和新線的建立，發現該控制效果穩定度高，生產產量比未引進該系統之前有大幅度的提高，所有的設備都能進行集中監控，原來時產1 000 T/H的整條線，開機時間由原來的30 min縮短到5 min，生產產量提高到1 500 T/H，降低了設備故障率，縮短了設備檢修時間，更重要的是提高了產品質量，減少了污染，實現了砂石行業的生產要求：“既要金山銀山，也要綠水青山”。

[參考文獻]

[1]任清晨.電氣控制柜設計制作—電路篇[M].北京：電子工業出版社，2014.

[2]姜新橋.電機電氣控制與PLC技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[3]范國偉，劉一帆.電氣控制與PLC應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[4]盧京湖.自動控制原理[M].2版.西安：西北工業大學出版社，2009.