圓形煤場堆取料機控制系統升級技改

王繼沖

摘 要 廣州華潤熱電有限公司圓形煤場堆取料機運行接近12年，存在控制系統硬件老化停產、軟件版本停止更新服務、與輸煤程控PLC系統通訊不穩定、運行中故障日漸增多等問題，亟待通過控制系統升級技改解決。本文介紹了在堆取料機控制系統升級預算有限的情況下，我們制定了較為精準的控制系統升級技改方案，著重解決較為緊急的PLC系統CPU及其周邊模塊升級、工控軟件版本更新、堆取料機與輸煤程控通訊不可靠、堆取料機司機操作觸摸屏停產需升級、堆取料機控制系統無單獨上位機等問題，PLC系統上各類通用型輸入輸出模塊的更換等可以在日后檢修維護中進行更換的項目則暫不列入本次升級，總升級費用控制在50萬元左右。通過連續5天現場施工調試，完成了堆取料機控制系統升級改造，控制系統性能和設備可靠性得以大幅提升。

關鍵詞 堆取料機 圓形煤場 控制系統 PLC 無線通訊

中圖分類號：U653.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0024-03

1 概述

廣州華潤熱電有限公司圓形煤場有一臺沈陽礦山機械有限公司生產的圓形煤場堆取料機，其堆料出力2500t/h，取料出力1500t/h。該堆取料機于2009年投產，擔負著全廠發電用煤的卸船、上煤任務。進入封閉圓形煤場的帶式輸送機為單路，煤場設中心煤斗和事故煤斗各一座，地下煤斗下布置雙路帶式輸送機，給料設備選用活化給煤機。堆取料機控制系統采用PLC程序控制，并與電廠輸煤程控系統有專線通信聯系。圓形煤場堆取料機PLC使用的是AB-Controllogix1756系列，上位機使用的是WINXP操作系統和IFIX4.0上位機軟件，觸摸屏幕使用的是Winccflexible。設備使用至今已接近12年。

2 存在的問題

廣州華潤熱電有限公司圓形煤場堆取料機運行接近12年，雖整體運行比較正常，原有邏輯程序和安全保護沒有發生大的問題，但該堆取料機控制系統零星小故障逐漸增多，已對生產造成不利影響。目前存在控制系統硬件老化停產、軟件版本停止更新服務、與輸煤程控PLC系統通訊不穩定、運行中故障日漸增多等問題。亟待通過堆取料機控制系統升級技改解決。

3 升級方案

在堆取料機控制系統升級預算有限的情況下，我們制定了較為精準的控制系統升級技改方案，著重解決較為緊急的PLC系統CPU及其周邊模塊升級、工控軟件版本更新、堆取料機與輸煤程控通訊不可靠、堆取料機司機操作觸摸屏停產需升級、堆取料機控制系統無單獨上位機、司機室控制柜柜體需重新設計更新等問題。PLC系統上各類通用型輸入輸出模塊的更換等可以在日后檢修維護中進行更換的項目則暫不列入本次升級，留待今后以備品備件形式逐步更換。

1.更換觸摸屏，因為操作員所有的操作都由觸摸屏進行，之前的電阻觸摸屏（型號為：6AV6 644-0AA01-2AX0）已經到使用年限，且該型號產品已停產。此次技改中采用未停產新型號的觸摸屏工控機安裝。

2.PLC系統的升級改造升級。電源模塊、通訊模塊、冗余模塊和PLC控制器模塊。將已停產的原AB品牌1756-L61系列PLC控制器升級為AB品牌1756-L72系列PLC，需具備CPU熱備用功能（單CPU故障不影響設備運行）[1]。使用較多的模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量模塊均使用原有模塊，但都購買1塊新型號備件，共3塊。

3.在堆取料機新增一臺安裝好所有版本軟件的上位機，實現就地邏輯相關操作功能（設置權限密碼），觸摸屏故障情況下可在上位機進行操作等功能，方便后期進行調試維護及運行緊急備用。

4.最初我司堆料機至輸煤程控通訊使用的是一路無線通訊加一路同軸電纜通訊形式，多年來因通訊電纜老化故障、最初選型的無線通訊性能不佳、天線安裝不合理等問題導致數據丟包狀態較多。當今應用于堆取料機的無線通訊技術已經成熟，且應用廣泛，實際使用維護可靠性高于有線傳輸。所以本次升級中堆取料機PLC到中控樓通訊，改為帶冗余的雙通道無線通訊，任何一路故障即報警，任何一路無線通訊正常堆取料機控制系統即可正常工作。

5.對涉及的軟件授權進行購買。組態軟件IFIX升級到6.0。計算機操作系統由WINXP系統（已停止技術服務）升級到WIN10系統。

6. 結合控制系統升級改造，將PLC控制系統所有電控柜（含堆取料機司機操作盤柜、新增上位機盤柜）更換為材質316L不銹鋼，鋼板厚度2mm，防護等級IP68的新電控柜，優化PLC設備防護條件，延長使用壽命。

7 .對原PLC系統所有組態、邏輯、畫面進行拷貝，對存在問題的內容進行完善，同時解決原來工作不穩定的3個編碼器（堆料角度編碼器、取料角度編碼器、刮板俯仰角度編碼器）問題。

4 改造實施

在改造實施過程，以下環節用時較多，也較為關鍵。

4.1 司機控制觸摸屏的改造

原觸摸屏型號為：6AV6 644-0AA01-2AX0，為電阻觸摸屏，使用年限已久，經常觸摸失靈，該產品已于2012年10月1日宣布產品淘汰，目前該產品備件較難采購。該觸摸屏原使用Winccflexible軟件，現存程序僅為觸摸屏上載上來的不可編輯版本，無法對其進行修改和擴展其他功能[2]。

此次改造，考慮到更換觸摸屏的可持續性應用，選用了西門子新款6AV2 124-0MC01-0AX0觸摸屏，觸摸屏程序使用Wincc博圖 6ES7 822-1AA06-0YA5 V15編程，對觸摸屏所有畫面和按鈕指示燈的外形按照原操作界面繪制，并對兩百多個變量一一進行測試核對以及動作狀態設置，新程序可支持編輯，以及可以選擇部分型號的觸摸屏進行直接替換，方便后期觸摸屏換型和擴展功能應用。

4.2 PLC系統的升級改造

改造前現場使用的為已停產的原AB品牌1756-L61系列PLC控制器，PLC配置為ControlNet冗余網絡，實際運行過程中，ControlNet冗余網絡A通道可以正常通訊，B通道通訊不通。原ControlNet轉DeviceNet通訊轉換模塊主要作用為將DeviceNet通訊協議的3臺編碼器經協議轉換，接入ControlNet網絡，通訊模塊狀態異常。

改造后現場使用的為AB品牌1756-L72系列PLC控制器，PLC配置為ControlNet冗余網絡，實際運行過程中，ControlNet冗余網絡A通道和B通道均可以正常通訊。原ControlNet轉DeviceNet通訊轉換模塊換了全新的通訊模塊，通訊模塊狀態恢復正常。如上圖所示，PLC和通訊轉換模塊通訊狀態燈均恢復正常。改造后PLC工作通訊狀態如圖1。

4.3 PLC系統上位機的增加

在堆取料機司機操作臺右側，我們新增了堆取料機控制系統上位機柜，增設了上位機，可以進入IFIX軟件查看邏輯組態情況。在司機操作臺觸摸屏失靈情況下，該上位機也可以改為備份操作員站，增強設備可靠性。

4.4 雙路無線通訊改造的實施

考慮現有商業和工業現場無線頻段使用情況，多數集中于433MHz、2.4GHz頻段，易受外界電磁環境干擾。在本項目選擇了5.8GHz無線設備，頻寬較寬，無線環境干擾少，運行穩定。程控室與堆取料機之間有煤棚阻擋，通過敷設光纖，將無線通訊地面站安裝在煤棚入口進料皮帶旁，無線地面站選擇AYWM-1000/D型定向無線模塊。圓形堆取料機司機室部分隨取料機回轉，如選擇定向無線模塊，取料機回轉將造成定向無線模塊天線不能正對，影響信號強度。且中心立柱會造成遮擋。綜合考慮在圓形堆取料機上選擇AYWM-1000/2Q型全向無線模塊，配備雙路全向天線，可保證回轉過程中信號接收和發射始終不受影響[3]。雙路無線安裝位置示意圖如圖2，雙路無線以太網連接示意圖如圖3。

4.5 控制柜柜體的升級改造

將PLC控制系統所有電控柜更換為材質316L不銹鋼，鋼板厚度2mm，防護等級IP68的新電控柜，柜體嚴格按標準進行密封封堵，優化PLC設備防護條件，延長使用壽命。組合電控柜現場安裝情況如圖4。

5 升級的效果

通過5晝夜的連續調整，堆取料機控制系統升級技改完成，試運行效果很好?？傮w來看，此次堆取料機控制系統升級技改取得了以下幾點明顯的效果：

（1）通過對堆取料機控制系統關鍵設備的更新換代提高了設備整體的可靠性;

（2）選用有針對性的升級改造方案，控制了升級改造成本，總成本控制在50萬元左右;

（3）無線通訊升級部分，充分驗證了在圓形煤場環境下，該類型無線通訊設備的適應性良好，為今后進一步增加無線通訊應用、減少控制電纜數量做好了充足的技術儲備;

（4）上位機的增加，使得堆取料機故障處理更加便捷，增加了一種故障就地查詢手段，同時也增加了緊急情況下堆取料機司機的操作手段。

參考文獻：

[1] 郭碧君，丁孝堅，于百愷.無線電控制系統在堆取料機控制上的創新應用[J].水泥工程，2012（01）：75，90.

[2] 石亞茹，孫英培，李永聰，關玉明.基于CC-Link總線的懸臂式堆取料機控制系統設計[J].制造業自動化，2013 （15）：125-128.

[3] 徐偉唯.基于PLC的堆取料機控制系統設計與實現[J].建筑工程技術與設計，2018（35）：971.

（廣州華潤熱電有限公司，廣東 廣州 511455）