入廠煤自動采樣系統的設計

袁 清

（陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

1 系統設計背景簡述

某火電廠共建設了7 臺入廠煤汽車采樣機，采樣系統分兩個，其一是A 系統，該系統中有3 臺采樣機，其二是B 系統，該系統中有4 臺采樣機。在該火電廠中，所有的汽車來煤采樣工作都是由這兩個系統來負責。但是由于項目的階梯式建設，所有采樣機的操作不能得到統一監控，相關工作人員和設備也都得不到集中管理，加之火電廠對于功能需求的不斷提升，使得當前的控制越來越無法滿足火電廠的實際運作需求。

就目前的情況來看，在A 系統中，1#采樣機和2#采樣機由同一個控制室負責控制，而3#采樣機則是由另一個獨立的控制室來負責控制。在B 系統中，4#采樣機和5#采樣機由同一個控制室負責控制，但是10#采樣機和11#采樣機則分別由獨立的控制室來負責控制。這種分散式的控制形式不僅讓機械設備的集中控制和管理變得十分困難，同時也嚴重影響到該火電廠對工作人員的集中管理。

隨著火電廠的不斷發展，入廠煤采樣系統使用功能方面的不足也越來越明顯。首先，對于打包、刷卡、承重等方面的控制，該火電廠如今依然采用串口通信的方法和工控機連接實現數據的采集，會增大上位機的硬件負荷，降低其處理速度，且容易引起上位機故障，一旦上位機的反應速度變慢，控制延時，很多難以控制的故障就更容易出現。其次，當車輛準備進入到采樣區采樣時，因為檢測手段與提示信息的不足，司機需要將汽車移動很多次才可以?？吭谝幎ǖ奈恢蒙?，很大程度上降低了汽車的通行效率，對入廠煤采樣的效率造成不利影響，直接影響到火電廠的發電效率和經濟效益。最后，由于采樣區域不能夠實現準確識別，所以車頭和車廂邊框都有可能被采樣頭打到，給采樣作業帶來了很大的安全隱患。

基于這樣的情況，本次自動采樣系統的設計目的主要有兩個：第一，通過集中控制平臺的增設，使該火電廠之中所有的采樣設備得到集中控制，所有的工作人員得到集中管理，不僅可以全面降低工作人員的勞動強度，而且可以及時發現采樣設備的運行故障，并及時采取針對性的措施進行處理，實現對設備運行的良好把控；第二，通過該自動采樣系統的設計，可以讓工作人員的配置得到合理優化，讓人力資源浪費的情況得以有效避免。

2 系統結構和功能分析

2.1 人機對話

借助于編輯以及組態工控軟件，可以將該系統實際的工作狀態實時顯示給操作人員，且顯示界面美觀大方，操作簡單便捷。該界面主要實現的功能包括如下3 點：第一，借助于組態軟件來實現對整個系統之中所有設備的實時在線控制；第二，通過圖形的形式將所有被控制設備的運行狀態實時反饋給操作人員；第三，如果有設備在運行過程中發生故障，系統將根據其實際的情況及時發出報警，如聲光報警、屏幕報警等[1]。

2.2 設備控制

本系統采用的是由西門子公司出品的S7-200 系列CPU226 CN PLC，并在其PLC 內存中預留了30%～40%的空間，以備今后的系統升級和功能拓展，I/O 點的預留數量在15%以上，同時通過工業以太網來實現PLC和上位機之間的通信。在該系統中，控制信號主要通過硬接線的形式進行傳輸，狀態信號主要通過光纖通信的形式進行傳輸，讓該火電廠中所有的入廠煤采樣設備都得到統一集中的控制。

3 系統設計分析

3.1 接口部分設計分析

3.1.1 采樣機接口部分的設計

為實現與燃料三大項目體系之間的緊密聯系，并減輕控制部分負載，在本次的自動采樣系統設計過程中，對采樣接口機進行了單獨設置。通過采樣接口機可以實現采樣的打包、刷卡以及承重等工作，并將數據自動上傳，也可以實現語言對講和車號對比等功能。

3.1.2 打包接口機的設計

如果桶內裝滿了樣煤，應該及時對樣煤進行打包處理。為降低人力資源的浪費，系統中設置了一臺自動打包機，并專門設置了一個房間，將自動打包機和控制室分開。因為打包機屬于另外一個獨立系統，所以需要考慮到自動采樣系統和打包機之間的連接，以實現樣煤的自動打包。在采樣機的正常工作過程中，打包機將會一直處在備用狀態。當采樣桶中的樣煤超出了設定值時，系統界面上會顯示出“樣桶已滿，需要打包”的提示，操作人員可以在控制界面上點擊打包按鈕，自動采樣系統會將一個“上袋信號”發送給打包機，在打包機完成上袋動作后，系統會按照燃料三大項目系統所生成的一級編碼進行寫卡，完成寫卡后系統會發出一個放樣指令，然后打開集樣桶進行放樣，待完成放樣后，打包機也就完成了打包動作[2]。

3.2 系統硬件部分的設計分析

3.2.1 上位機的設計

在本次的系統設計中，主要將邵華工業計算機作為該系統的上位機?？梢栽赩B 環境下實現一整套入廠煤采樣的自動監督和控制程序的開發。在整個自動采樣系統中，上位機屬于中樞控制機構，從上位機中發出的指令將會通過串口通信服務器傳達到下位機，進而實現上位機和下位機之間的通信。

3.2.2 現場控制層的設計

在自動采樣系統中，現場控制層具有核心控制作用。利用現場控制層，可以對上位機輸送的信號進行處理和傳送。在實際的應用過程中，現場控制層可以按照其自身的邏輯對來自于上位機的信號進行判斷和分析，然后將其轉換成相應的控制信號，最后將處理好的控制信號傳輸到現場的采樣設備，以實現對現場采樣設備的自動控制。

3.2.3 現場控制對象與反饋輸入信號的設計

在設計的系統中，主要的現場控制對象包括大小車、集料斗、升降采樣頭、環錘破碎機、集樣桶、縮分器以及給料皮帶機等，主要的反饋輸入信號包括就地控制設備接近開關和限位開關等。為了可以在自動控制的同時具備手動控制的功能，將每一個設備所對應的手動操作按鈕都設置在控制操作臺上，一旦系統出現故障，工作人員通過操作這些按鈕，就可以實現對現場采樣設備的合理控制，進而有效避免自動采樣系統故障對火電廠正常運行的不利影響。

3.3 系統軟件部分的設計

3.3.1 軟件功能簡介

為了有效滿足該火電廠入廠煤采樣系統的實際需求，主要將VB 用于上位機組態設計，將S7-200 用于下位機的組態和編程設計，并借助于串口通信的形式來實現上位機與下位機之間的數據交換。

3.3.2 系統模塊設計

（1）主界面模塊

主界面模塊就是這個自動采樣系統的登錄模塊，通過這一模塊，相關工作人員可以登錄到該系統中。在用戶打開這個界面之后，需要輸入正確的用戶名和密碼才可登錄。在登錄之后，用戶可以通過兩種不同的操作方法進入到兩個不同的操作界面，一種是登錄到汽車刷卡系統，另一種是登錄到人工錄入系統，如果用戶想從系統中退出，直接點擊“退出”按鈕即可實現。

在設計過程中，為了有效滿足系統操作人員的實際需求，在這個登錄界面之中進行了3 個權限的設置。在這3 個權限中，最高的權限是系統調試員權限，第二是系統管理員權限，最低的權限是系統操作員權限。

（2）汽車刷卡模塊

在本次所設計的自動采樣系統中，汽車刷卡模塊是控制入廠煤采樣的一個最主要的方式。操作人員在進入到該系統之后，可以直接在主界面選擇“進入汽車刷卡系統”按鈕，然后就可以進入到圖1 所示的監控界面之中，在汽車刷卡成功之后，選擇自動開始，系統就會根據預先設定好的程序來自動實現采樣工作。

圖1 汽車刷卡系統界面

（3）人工錄入模塊

當用戶在系統主界面選擇了“進入人工錄入系統”這一模塊之后，在模塊之中可以選擇手動操作模式或者是半自動操作模式。如果要通過這一模塊進行采樣操作，則需要在相應的采樣信息欄之中將樣煤來源、采樣點數、車底高等信息填寫完善，通過這些信息，系統可以自動確定出采樣的深度和方式。

4 結 論

本次主要以某火電廠的入廠煤自動采樣系統作為實例，對自動采樣系統的設計進行分析。希望通過本次的設計和分析，可以對其他火電廠自動采樣系統的設計與優化有所幫助。