Modicon M580在斗輪機無人值守遠程堆取料中的應用

趙立新

關鍵詞：堆取煤，智能，無人化，控制系統

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近年來，工控行業的技術發展非常迅速，PLC除了傳統的邏輯控制外，技術正向著網絡化，大型化、智能化方向發展，隨著自動化技術的不斷發展和計算機技術的飛速進步，自動化控制的概念也發生著巨大的變化。而通訊協議是制約各個廠商連接的瓶頸，施耐德現在推出了一項創新的PAC平臺—— ModiconM580，自帶的ePAC功能，完美的解決了通信問題，自上而下的標準以太網結構，讓通信變得更簡單，靈活和可靠。基于這種環境，各種各樣不同的技術可以在以太網通信協議下進行組態和編程。上安電廠煤場無人化管控系統建設包括：斗輪堆取料機全自動系統四套（一二期煤場2臺懸臂斗輪機、三期煤場2臺懸臂斗輪機）、斗輪機設備改造、激光實時三維動態測量系統一套，煤場信息化管理系統一套，接口系統一套及針對無人值守及固定式盤煤儀改造進行的輸煤程控室內相關控制系統、通信網絡等的改造，視頻監控系統實現監控無盲區、無死角。一二期煤場過去使用的控制系統是GE——9030，通信協議已嚴重落伍，并且配件也不好采購，所以決定采用施耐德Modicon M580替代。

一、Modicon M580概述

針對不同的應用，分為面向單機應用的標準型控制器Modicon M580 ePAC 和專業用于硬件冗余應用的高可用型控制Modicon 昆騰+ ePAC。Modicon ePAC 系統的設計基于開放的以太網技術，從而有效地優化了設備互連和通信。配合性能優越的X80 通用IO 平臺可以完美實現系統的集成;強大的控制器提供更高水平的復雜網絡通信、顯示和應用控制的處理能力。Modicon M58充分體現了全集成自動化的特點，使得系統應用范圍變廣，是一種適用于現在、面向未來的開放型過程控制系統。

二、斗輪堆取料機介紹

斗輪堆取料機是一種連續取料和堆料的煤場機械，廣泛用于大中型火力發電廠儲煤場，是煤場機械的主要形式。它有連續運轉的斗輪，并有回轉、俯仰、行走等機構，組成一個完整的工作體系。堆取料機具有效率高、取儲能力大、操作簡單、結構先進和投資少等優點。

三、斗輪機自動堆取料工藝介紹

1、斗輪遠程全自動取料作業

（1）操作人員在系統計劃管理——實時計劃信息操作界面上創建取料作業計劃（人工輸入），內容包括：儲料場、煤種、作業量等信息，并通過操作畫面把取料作業計劃下發給中控服務器的后臺主控程序。

（2）后臺主控程序分析取料計劃內容，計算取料作業的作業角度區域，切入點等取料指導參數，計算完成后生成取料任務指令，并顯示在取料操作畫面上。

（3）操作工確認取料控制指令，必要時可作修正，然后將控制指令下發到PLC。

（4）PLC收到控制指令，開始取料作業前的準備工作。

（5）大機到達目標地址，機上各機構準備完畢，取料作業準備就緒。

（6）地面流程啟動，全自動取料作業開始。

（7）全自動取料過程控制。

（8）全自動取料結束。

2、斗輪遠程全自動堆料作業

（1）操作人員在系統計劃管理破折號實時計劃信息操作界面上創建堆料計劃，內容包括：儲料場、煤種、堆高、作業量、起始地址、終止地址等信息，并通過操作畫面將該堆料計劃下發給中控服務器的后臺主控程序。

（2）后臺主控程序收到堆料作業計劃后，分析作業內容并計算出合理的作業參數，包括每層具體作業參數設定等，將工作計劃自動轉換為PLC可接收的控制命令，并顯示在畫面上。

（3）操作工確認自動堆料操作畫面上的堆料指令，必要時在畫面上進行參數修正，最后下發到PLC。

（4）PLC收到堆料指令，開始進行作業前的準備工作。

（5）大機到達堆料作業的起始地址并且各機構準備完畢，堆料作業準備就緒。

（6）地面流程啟動，全自動堆料作業開始。

（7）全自動堆料過程控制。

（8）全自動堆料結束。

四、控制系統設計

1、系統設計要求

為確保生產過程安全穩定地運行，提高控制與管理水平，發揮各裝置的最大經濟效益，提高勞動生產率，就要對斗輪機各裝置的動作進行監控。

斗輪機要實現無人值守就需要對原來的斗輪機自動化系統進行改造，增加大量的傳感器，就如同給斗輪機安裝了大腦，眼睛，腿和手臂。比如斗輪機大車行走需要編碼器測量，懸臂回轉需要編碼器測量，懸臂俯仰需要傾角傳感器測量。懸臂左右回轉都需要安裝防碰撞裝置。輪斗左右側需要安裝雷達料位計。懸臂膠帶機上方安裝流量計。大車行走和回轉機構傳動設備要改為可調速機構。

2、系統總體設計

上安電廠煤場無人化管控系統建設包括：斗輪堆取料機全自動系統四套（一二期煤場2臺懸臂斗輪機、三期煤場2臺懸臂斗輪機）、斗輪機設備改造、激光實時三維動態測量系統一套，煤場信息化管理系統一套，接口系統一套及針對無人值守及固定式盤煤儀改造進行的輸煤程控室內相關控制系統、通信網絡等的改造，視頻監控系統實現監控無盲區、無死角。每個斗輪機需要一套PLC系統，PLC采用Modicon M580系列，共設立一個主站，一個本地擴展從站，一個遠程從站（在司機室內），通過專用網關以Profibus-DP協議連接大車行走，回轉變頻器。大車行走編碼器，回轉編碼器，俯仰傾角編碼器。HMI通過以太網和PLC連接。PLC通過KEPserver在以太網協議下和遠控系統相連。

3、網絡通訊

工業光纖以太網：采用環網，遠程工作站負責給現場PLC控制器下發命令和監控現場電控原件的邏輯動作。采用西門子公司的X204交換機實現網絡設置。通訊速率： 100Mbps。

現場高速數據通訊網：負責PLC控制器主站與從站及遠程I/O之間的數據通訊，選用了Profibus-DP通訊方式，其優點是適合實時性要求高、多個從站設備位置分散、快速周期性數據交換等場合。通訊速率：不小于10Mbps。

4、硬件配置

上安電廠無人值守斗輪機控制系統硬件采用施耐德的Modicon M580系統，電控室主站的CPU采用BMEP582040，以太網通信模塊為BMENOC0301，Profibus-DP通信模塊為TCSEGPA23F14F，電源與CPU配套使用，輸入輸出模塊均采用X80系列完成數據采集及設備控制。

五、控制系統軟件介紹

1、編程軟件界面

本系統采用施耐德Unity Pro XL V13.0中文版軟件對系統進行編程。各工程師站和操作員站工控機均預先安裝Windows 10 企業版系統。為了保證工程師站對操作員站的下載，需要工程師站和操作員站有一個公共用戶，同時工程師站需要以該公共用戶登陸，操作員站則可以以任何用戶登陸。

Unity Pro XL V13.0用戶界面由如下構成：分為菜單欄（1），工具欄（2），項目瀏覽器（3），編輯器窗口（4），用于直接訪問編輯器窗口的選項卡（5），信息窗口（6），狀態欄（7）。

2、系統軟件編程

Unity Pro XL編程可以使用ST、IL、FBD、SFC、LD多種語言進行編程，而本身自帶的功能塊幾乎可以實現所有的控制功能。所以本程序中只有少量電機控制采用了自己編制的功能塊，其他都采用標準庫中的功能塊。采用自帶的功能塊進行程序編制時，程序生成后，錯誤信息會自動在信息窗口中顯現，在信息窗口點擊錯誤信息后會自動跳轉到錯誤界面手動進行修改，直至生成后無故障信息。

典型的自己編制的功能塊，這是一個電動閥啟停功能塊;這個功能塊可以在程序中反復調用，當遇到同類型的電磁閥時就可以調用這個功能塊，只要在相應的管腳輸入相對應的信號即可，而不必反復編程，減少了程序員的工作量，右邊帶有HMI的管腳信號可以和上位機數據庫相連，然后把這些信號在上位機畫面顯示出來，把過程控制變得更容易監控。

3、監控畫面設計

本系統中畫面組態采用施耐德觸摸屏編程軟件Vijeo Designer Basic實現。在應用程序編制的過程中畫面上的變量和編程軟件中的變量連接好，報警也在功能塊編制時一并編制，組態畫面時同時需要把總體畫面按照實際布局情況畫好即可。

六、結論

整個斗輪機無人值守遠程堆取料控制系統投入使用后性能穩定可靠、操作方便、自動化程度高、堆取煤穩定率都得到大幅度提高，操作工人工作環境大大改善，提高了生產效率，達到了預期效果。通過斗輪機無人值守遠程堆取料控制、實施，進一步加深了對施耐德Modicon M580 自動化產品的了解。

參考文獻：

[1] 斗輪機全自動作業系統流程設計介紹_20200106.pptx.

[2] 火電廠斗輪式堆取料機全自動作業流程-1.pdf

[3] 中盛博方PLC穩定運行技術方案及措施20191219.docx.

[4] 施耐德M580-catalog-16-CN.pdf.

[5] 施耐德M580硬件參考手冊.pdf.