粉煤灰定量裝車控制系統的設計研究

王 波 鄭 磊 陳 欣

（1.國家能源集團宿遷發電有限公司，江蘇 宿遷 223800；2.河南豐博自動化有限公司，河南 鄭州 450016）

0 引言

由于全球資源枯竭，近年來國家對于能源的生產及多重利用越來越重視[1]。傳統火電廠發電過程中會產出很多的粉煤灰，粉煤灰作為一種可用性強、應用廣泛的資源，理應得到充分利用和科學管理。

本文提出將先進信息技術、現代工業控制技術和現代企業管理技術深度融合，實現粉煤灰運輸可觀測、可控制、自動化，優化粉煤灰運輸業務管控流程，提高火電廠的粉煤灰市場競爭力，使運輸流程高效快捷，減少污染，從而提高經濟效益和社會效益[2]。

定量裝車控制系統建設范圍主要包括幾個部分：下料設備遠程控制、生產運輸設備實時值及指標獲取、運輸車輛的資格校驗及下料數量的邏輯控制[3]。系統能夠優化粉煤灰運輸的管控流程，增強企業管控信息化集成程度，使現場運行人員準確把握下料精度，提高決策水平。

定量裝車控制系統的規劃設計是一項復雜的系統性工作，且涉及較多高新技術的應用。本系統使用B/S架構與C/S架構相結合的開發手段，編程語言使用C#，保證了程序的穩定性及健壯性，同時兼顧了效率與安全性；使用OPC服務技術，保證了數據的及時性和流通性[4]；同時深入分析業務部門對本項目建設的需求和要求，為后續電廠的工業業務建設規劃、信息資源整合、業務融合等打下了堅實基礎。

1 定量裝車控制系統技術分析

1.1 C/S架構

C/S架構全稱為客戶端/服務器體系結構，它是一種網絡體系結構，其中客戶端是用戶運行應用程序的PC端或者工作站，客戶端依靠服務器來獲取資源。C/S架構通過提供查詢響應，而不是總文件傳輸來減少網絡流量[5]，它允許多用戶通過GUI前端更新到共享數據庫，在客戶端和服務器之間，通信一般采用遠程調用（RPC）或標準查詢語言（SQL）。

定量裝車控制系統采用C/S架構的思想進行設計，使用三層架構來全方位實現火電廠粉煤灰銷售業務及安全運輸需求。架構內的三層即表示層（客戶層）、應用層（業務層）和數據庫層（數據層）。

在C/S三層架構的工作模式下，對粉煤灰銷售及運輸流程的管理更加方便，當用戶業務比較復雜時，使用C/S架構可以減小服務器壓力，提高程序運行效率[6]。面對校驗條件多的情況，C/S架構更加注重流程的特性就顯得格外重要。除此之外，C/S架構對信息安全的高控制性使其更加適用于火電廠這一類對此比較敏感的群體。

1.2 OPC服務（協議）

OPC服務（協議）是一種利用微軟的COM/DCOM技術來達成自動化控制的協定，采用典型的C/S模式。針對硬件設備的驅動程序由硬件廠商完成，提供統一OPC接口標準的Server程序，軟件廠商只需按照OPC標準接口編寫Client程序訪問Server程序進行讀寫，即可實現與硬件設備的通信[7]。

在開發定量裝車控制系統的過程中，由于系統業務涉及很多電氣設備，使用OPC服務（協議）可以快速獲取各相關設備的實時參數，大大減少了因數據顯示延時而導致的各種人為失誤[8]。在因特網管控嚴格的火電廠內，程序更新比較麻煩，OPC服務（協議）具備較好的向下兼容性，舊版本的程序也可以在計算機上順暢運行，體現了其高度柔韌性的特點。定量裝車控制系統界限明確，通過OPC服務（協議）傳輸的值都是正確且及時的，現場運行人員通過對系統內各值變動的觀察，可以及時發現異常并診斷故障，從而提高運行安全性，降低維護費用[9]。

2 系統功能實現

2.1 定量裝車業務控制端

2.1.1 業務規則說明

定量裝車業務控制端的規則說明如表1所示。

表1 定量裝車業務控制端規則說明

2.1.2 業務數據流

定量裝車系統控制端的業務數據從車輛入廠第一次稱重后開始，通過現場設備讀取車輛相關參數并關聯校驗與保存，具體數據流如圖1所示。

2.1.3 業務數據表

定量裝車系統業務數據表如表2所示。

表2 定量裝車系統業務數據表

2.1.4 定量裝車業務控制端軟件設計

定量裝車業務控制軟件包含車牌號識別、車輛數據獲取與校驗、調整量修改等功能，軟件界面如圖2所示。

根據需求制定界面，車輛行駛至灰庫區域時，停留在車牌識別區域內，運行人員在軟件界面上點擊“抓拍”按鈕，系統會自動通過車輛的車牌號關聯出系統內該車輛的相關數據，例如“皮重”“過皮灰種”，裝車設定量為當地交管局規定的罐車上路重量減去其皮重，自動顯示在“裝車設定量”欄目內[10]。

識別車牌后系統會校驗此車過皮灰種是否與入庫名匹配，若進錯庫則不賦予放灰權限?！罢{整量”功能用于滿足廠內特定時期銷售政策，最終裝車設定量為當地交管局規定罐車上路重量減去皮重和調整量（可為負數）的和。

車輛識別完成且邏輯校驗通過后，系統會將裝車設定量的參數傳輸至定量裝車設備控制端[11]。

2.2 定量裝車設備控制端

2.2.1 設備控制端模塊設計

裝車設備控制端由設備、稱重模塊、PLC控制及組態軟件組成，邏輯可分為用戶到設備和設備到用戶兩種模式，具體邏輯關系如圖3所示。

其中，設備包括散裝計量秤（電機、傳感器、熱電阻傳感器、上殼體、中殼體、下殼體、測量盤等）；稱重模塊采用TR700-LF型號的智能稱重模塊，其優點為可靠性高，控制算法先進，操作簡單，獲取設備的數據之后，通過Modbus傳輸協議發送至PLC端；PLC使用西門子PLC1200，通過PLC獲取稱重模塊傳輸的數據并對其進行快速準確的計算處理；用戶在組態軟件及下位機上的操作會直接給PLC發送指令，從而控制設備[12]。

2.2.2 組態軟件設計

定量裝車設備采用河南豐博自動化有限公司的科里奧利秤，控制端功能包含裝車設定量、流量設定、閥門給定、秤體啟動、秤體停止、故障復位、散裝頭的上升與下降等，軟件操作界面如圖4所示。

定量裝車設備控制端用于實現對業務相關設備的數據實時顯示和控制[13]。2.1.4章節中描述的“裝車設定量”會通過OPC服務傳輸至設備控制端的“裝車設定量”欄目中。

打開軟件第一步需要確認設備通信狀態為“通信成功”，否則要檢查設備狀態是否正常；第二步確認界面上是否顯示“下料備妥”，若顯示的是“系統停止”，則需要先點擊“秤體啟動”按鈕，待設備預熱完成后方可進行下一步操作；第三步觀察界面上“高料位預警”“氣動閥運行”“羅茨風機運行”“斜槽風機運行”和“收塵風機運行”狀態燈的顏色，若存在紅色狀態燈，則需要對該設備進行檢查；第四步通過點擊文本框對“流量設定”和“閥門給定”進行參數編輯，填入適合業務場景的值；第五步通過監控設備觀察散裝頭和罐車罐口對接情況，同時點擊“上升”或“下降”進行調整，實現兩個部分的完全對接；最后一步點擊“開始裝車”。

裝車過程中，系統通過OPC服務實時獲取并更新界面的相關數值以及設備的信號值，例如“高料位預警”信號觸發，則系統會立即停止以保證安全；設備放灰量即將達到設定值，則系統會按照順序開始關閉管道內的各閥門來確保放料的準確性[14]。

系統若某一環節存在故障，故障信息會顯示在界面上方，現場人員通過故障描述可以及時解決問題。

2.2.3 設備控制端下位機設計

為了保證粉煤灰運輸，司機可以同步看到裝料的數量、時間、流量等相關參數，同時也為了防止軟件出現問題時發生現場業務癱瘓的情況，設備控制端還包括一臺控制端下位機，為系統提供了更大的容錯率，提高了安全可靠性[15]。圖5為下位機的操作界面。

下位機采用昆侖通態TPC1071嵌入式一體化觸摸屏，具有良好的電磁屏蔽性。其中預裝了MCGS嵌入式組態軟件，通過網線與PLC端連接[16]。使用軟件編程，可以將組態軟件內的變量與PLC的通信地址綁定，使兩邊數值保持一致，例如設置名為“已裝量”的變量，在工作臺的設備窗口選擇對應的PLC地址即可綁定，下位機端對數值進行操作時同步更新PLC內部的參數。

3 結語

定量裝車控制系統采用B/S和C/S架構，通過OPC服務實時獲取生產運輸現場各類設備的工作值及指標，通過對現場設備的精準控制，實現對下料的精準把控，可以達到“量到即停”的效果。