基于云平臺的大型露天礦半連續廢石輸送系統遠程監控應用

李江恒，趙燕熙

(鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507)

0 引 言

隨著大型露天礦剝采工藝技術升級，半連續廢石輸送系統向大運量、長距離、高帶速方向發展。半連續廢石輸系統主要由破碎系統、膠帶輸送系統和排土機三大板塊構成，但由于各大板塊是由不同生產廠家設計安裝，存在整套系統距離長、設備分布不集中、傳統自動系統設計融合性差等問題，已無法滿足大型半連續廢石輸送系統實時監控和維護的生產運營需求。本文提出在傳統自動化設計中引入無線通訊[1]、物聯網[2]等技術協助生產運營調度，同時提高系統故障處理效率。巨控科技的GRM533YW-C工業控制通訊模塊[3]是巨控云平臺數據采集的通訊終端，在半連續廢石輸送系統各個站點PLC控制器建立通訊連接后，采集生產數據上傳至巨控云平臺共享，實現多終端遠程實時監控生產數據及其對整個系統PLC控制器進行遠程調試、維護等功能。

1 半連續廢石輸送系統續系統概述

鶴慶北衙礦業有限公司落家井排土場擴容工程半連續廢石輸送系統是一套外排采剝廢石的半連續工藝系統，排土工藝為“汽車輸送+輸送帶排土”模式。該工藝系統設計全長5.6 km，輸送帶寬度1.8 m，最高運行速度5.6 m/s，PA200移動型履帶式排土機最大上排高度20 m，有效堆排半徑20～110 m。整套系統設計額定產能為8 000 t/h，最高峰值可達9 600 t/h。

該系統工藝流程：通過自卸貨車將采坑剝離的露采廢石運輸至兩臺半移動式破碎機入料口，經破碎后，由破碎機排料皮轉載到排土場外三臺固定式膠帶機和排土場上兩臺移置式膠帶機，再通過排土機在排土場堆排，最終實現露采廢石排出。工藝流程如圖1所示。

2 半連續廢石輸送系統遠程監控設計

本文提出的基于云平臺的半連續廢石輸送系統遠程監控[4-6]設計包括五部分：系統網絡結構設計、系統網絡配置、系統通訊配置、遠程下載配置、系統數據庫配置。

2.1 系統網絡結構設計

將半連續廢石輸送系統破碎站、5臺膠帶機和排土機的控制系統使用6臺西門子工業以太網交換機作為網絡節點，通過光纖連接構成高速光纖環網[7]作為整套半連續廢石輸送系統的控制主干網絡，每個站點的PLC控制器通過工業以太網接口接入主干網絡。GRM533YW-C工業控制通訊模塊通過備用節點交換機接入控制系統的主干網絡。半連續廢石輸送系統控制系統和GRM533YW-C工業控制通訊模網絡設計拓撲結構如圖2所示。GRM533YW-C工業控制通訊模塊通過光纖環網和破碎系統、膠帶輸送系統、排土機建立通訊連接，模塊使用有線網絡、WiFi或移動4G接入巨控云服務器。

圖2 半連續廢石輸送系統網絡拓撲結構

2.2 系統網絡配置

GRM533YW-C工業控制通訊模塊網絡配置包括：模塊與PLC網絡連接配置，模塊與巨控云平臺服務器網絡連接配置。GRM533YW-C工業控制通訊模塊LAN接口用于和環形網絡上各個站點的PLC控制器進行網絡連接，使用網線將模塊接入備用節點交換機。模塊LAN口IP地址和半連續廢石輸送系統控制網絡IP配置成同一個網段。

GRM533YW-C工業控制通訊模塊與巨控云平臺服務器三種網絡連接配置：①有線連接：WAN接口接入外網的路由器，配置連接的路由信息；②WiFi連接：模塊安裝WiFi天線，配置可連接WiFi路由器信息；③移動4G：模塊安裝4G天線，4G卡插入模塊的SIM卡槽。

2.3 系統通訊配置

GRM533YW-C工業控制通訊模塊支持多種工業控制器的通訊連接協議，整套半連續廢石輸送系統的PLC有3種類型，其中，帶式輸送機的控制器是西門子S7-414H系列，破碎站的控制器是西門子S7-1500系列[8]，排土機的控制器是AB 1756-L73S系列。

使用巨控科技提供的專用開發軟件GRMDEV軟件[3]，選擇專用通訊協議分別與破碎站的4臺西門子S7-1500系列PLC、五臺輸送機的五套西門子S7-414H系列冗余PLC和排土機的AB 1756-L73S系列PLC點對點通訊連接[9]。

2.4 遠程下載配置

使用巨控GVCOM3遠程下載軟件專用的透傳模式[3]在調試電腦生成一個虛擬網卡TAP-WIN32 Adapter V9，并將虛擬網卡IP地址和半連續廢石輸送系統控制網絡IP設置成同一網段。在編程軟件的通訊接口選擇虛擬網卡TAP-WIN32 Adapter V9，工程師可通過有線網絡、WiFi和移動4G對半連續廢石輸送系統進行遠程系統維護[10-12]。

2.5 數據庫配置

完成設備通訊配置后在GRMDEV軟件添加需要鏈接數據的數據庫并配置數據鏈接屬性，實現數據庫和PLC寄存器內數據關聯。添加數據庫和屬性設置如圖3所示。

圖3 新建數據庫和屬性設置

完成GRM533YW-C工業控制通訊模塊的網絡、各個站點PLC模塊通訊和數據庫的配置，項目工程基本完成。在GRMDEV軟件中進行校驗通過后就可以在本地模式將配置好的工程下載到模塊，GRM533YW-C工業控制通訊模塊即可與破碎站、五臺輸送機、排土機的PLC主動通訊。

3 半連續輸送系統遠程監控實驗仿真

本文借助巨控科技提供的云監控服務器搭建遠程監控平臺，將GRM533YW-C工業控制通訊模塊項目工程配置下載到模塊后，生產運營工作人員可使用手機下載專用APP或登陸Web網頁訪問云平臺，實時監控半連續廢石輸送系統生產情況，實現生產數據云共享。工程師和技術員可使用TIA Portal V13、SIMATIC Manager和Studio 5000等編程組態軟件對半連續廢石輸送系統的各個站點控制程序進行遠程在線監控、調試和上傳/下載等維護工作。

3.1 Web網頁和APP遠程訪問云平臺

在PC上用瀏覽器打開巨控云平臺的網址www.yunplc.com，登錄頁面輸入GRM533YW-C工業控制通訊模塊設備信息，就可訪問巨控云平臺服務器，如圖4所示。

圖4 Web網頁訪問界面

手機下載巨控云平臺APP，在APP設備管理界面上配置GRM533YW-C工業控制通訊模塊的設備信息，就可通過4G或WiFi訪問巨控云平臺服務器，如圖5所示。

圖5 手機APP訪問界面

3.2 Web網頁和APP遠程監控

Web網頁和手機APP遠程監控半連續廢石輸送系統界面如圖6和圖7所示。

圖6 Web網頁遠程監控界面

圖7 手機APP遠程監控界面

通過使用該監控平臺，生產管理人員不必親自前往惡劣的生產現場，在辦公室、出差或休假等均可實時掌握廢石輸送系統的運行速度、物料的運輸量、輸送系統變頻器、驅動電機等設備實時狀態信息，結合生產需求進行遠程調度和指揮現場操作人員。現場操作人員收到生產管理人員下達的指令后參考手機APP監控數據做出快速準確的調整，保障半連續廢石輸送系統運行效率；還可通過手機APP隨時監控該輸送系統設備運行狀態，及時預測和排查設備異常情況，提高系統運行的可靠性，減少因設備故障導致的非計劃停機時間。

3.3 遠程系統維護

通過GVCOM3遠程下載軟件配置GRM533YW-C工業控制通訊模塊透傳模式，使用PLC編程軟件與現場的PLC控制器建立虛擬在線連接網絡通道,對廢石輸送系統控制程序遠程下載、調試、故障診斷[13]等系統維護，虛擬通訊網絡[14-15]建立如圖8～10所示。

圖8 GVCOM3遠程下載軟件運行界面

圖9 博圖V13在線連接設置界面

廢石輸送系統作業環境惡劣、設備故障率較高且發生故障時經常需要專業維護人員在線查看控制系統程序進行故障診斷分析。現通過GVCOM3遠程下載軟件建立虛擬通訊網絡，工程師等專業人員不必奔赴現場就可遠程在線監控廢石輸帶系統所有控制程序并對故障診斷分析及系統維護。

4 結 語

本文提出了在大型露天礦剝采半連續工藝的控制系統中引入物聯網、云數據、無線通訊等技術，借助巨控云平臺第三方服務器實現生產數據云共享，使用手機APP或PC終端對整套半連續廢石輸送系統遠程監控和維護。本文提出的方法在半連續剝采工藝中應用，有效地降低管理人員、工程師和技術

圖10 TEP 7編程軟件中設置PG/PC接口界面

員等相關人員的工作強度，提高了工作效率以及控制系統故障處理及時性，使生產調度和信息管理更具時效性、準確性，有助于整套廢石輸送系統的安全、穩定、高效[16]的運行。遠程監控系統將是礦山傳統自動化控制[17]的升級改造新方向，也是礦山傳統工藝控制逐步向網絡化、智能化、數字化方向發展的開端，下一步將推廣應用至公司內的選礦、冶煉和尾礦處理等生產工藝中，搭建公司整體的遠程監控系統，形成礦山專用生產物聯網。