羅克韋爾自動化在取料機斗輪液壓系統(tǒng)的應用

周慶博

（神華黃驊港務公司，河北滄州 061113）

羅克韋爾自動化在取料機斗輪液壓系統(tǒng)的應用

周慶博

（神華黃驊港務公司，河北滄州 061113）

取料機存在無法在司機室精確控制斗輪液壓站運行及斗輪液壓站信息無法實時反饋給司機等問題，分析黃驊港取料機斗輪液壓站及羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)，設計一套基于羅克韋爾PLC與斗輪液壓站系統(tǒng)的數據實時交互方案，有效解決了人機信息交互不暢問題。

黃驊港；取料機；控制系統(tǒng)；液壓站

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.32

0 概述

神華黃驊港截至目前是我國第一大煤炭下水港，自開港以來，黃驊港充分發(fā)揮神華集團礦、路、港、電、油、運一體化優(yōu)勢，是華東、華南沿海地區(qū)的能源供應主動脈。神華黃驊港有限責任公司占地面積30 km2，與滄州中鐵（鋼廠）比鄰，截止2016年，港口年吞吐量1.7億t，是北方地區(qū)最大的煤炭港口。

神華黃驊港四期工程于2014年整體完工，共有4臺取料機，3000 t/h小型取料機1臺，6000 t/h大型取料機3臺，小型取料機為大連重工設計制造，理論1 h作業(yè)3000 t；大型取料機為日本三菱重工設計，新海船廠制造，理論1 h作業(yè)6000 t。所有上述取料機斗輪系統(tǒng)均采用赫格隆斗輪液壓站驅動。赫格隆斗輪液壓站驅動系統(tǒng)由電機、液壓油泵、液壓馬達、液壓管路、控制系統(tǒng)等組成。在實際作業(yè)過程中赫格隆斗輪液壓驅動系統(tǒng)將電能轉換為液壓能最后轉換為動能驅動斗輪旋轉作業(yè)。

1 方案制定

夏季，黃驊港天氣炎熱，取料機斗輪液壓站驅動系統(tǒng)經常在連續(xù)長時間作業(yè)后出現高溫報警需要取料機司機從司機室走出至現場斗輪液壓站控制面板處待油溫降低后手動復位故障；冬季，黃驊港天氣寒冷，取料機斗輪液壓站驅動系統(tǒng)在長時間不作業(yè)再啟動時出現油溫過低斗輪無法啟動的情況，需要取料機司機將斗輪液壓站操作模式轉換到就地模式啟動斗輪進行熱車，這樣一來嚴重影響了作業(yè)效率；同時斗輪液壓站驅動系統(tǒng)在取料作業(yè)過程中取料機司機無法實時觀察到液壓站油泵油溫、油位、油壓、等狀態(tài)信息，出現故障后只能依靠取料機司機去斗輪液壓站面板處查看各系統(tǒng)狀態(tài)信息及停機原因再聯(lián)系維修人員進行處理，這樣就造成了維修時間過長。為了解決上述問題，制定并實施完成了下面5項方案。

（1）方案1。在斗輪液壓站SPIDER控制箱處加裝由力士樂公司生產的Profibus（現場總線）通信板，通信板主要由斗輪控制板連接器、Profibus總線連接器、地址撥碼、終端電阻和LED指示燈等主要部分組成。斗輪控制板連接器將通信板與隨廠已安裝的控制板相連接，起到數據交互的作用；profibus總線連接器，通過2.5 m2銅雙絞屏蔽軟電纜連接位于取料機電氣室中的PLC主站，斗輪液壓站作為從站；由于本系統(tǒng)中只有斗輪液壓站一個從站，從站地址撥碼設為01（S3設為0，S2設為1），地址撥碼S1設為ON。LED指示燈起到通信板故障報警的作用。

黃驊港四期取料機采用羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)。羅克韋爾PLC具有可靠性高、抗干擾能力強，硬件配套齊全、功能完善、適用性強，體積小、重量輕、能耗低、易于維護等特點[1]；取料機控制系統(tǒng)中主PLC模塊為1756-L73（支持最新版的RSLOGIX5000編程軟件），電源為220V供電的1756-PA75電源模塊，機架為1756-A13（13槽機架，機架中尚有兩槽為空余槽）。機架中插有1756-IB16數字量輸入模塊（采集現場開關量信號），1756-IF16模擬量輸入模塊（采集現場模擬量信號），1756-OF16模擬量輸出模塊（輸出模擬量信號至現場設備），1756-OB16I數字量輸出模塊（輸出數字量信號至現場設備），1756-CNB（控制網組網模塊），1756-ENBT（以太網組網模塊）。根據黃驊港實際作業(yè)環(huán)境選用1756-MVI56-PDPMV1模塊（Profibus DPV1主站通信模塊）將其插入PLC機架空余槽中。該PLC模塊采用Profibus總線通信協(xié)議，Profibus是一種廣泛應用的、開放的、標準工業(yè)協(xié)議，1989年首次由BMBF提出，與此同時Profibus也是一種主從協(xié)議[2]。當主站與從站建立連接后，主站發(fā)送指令給從站，從站對主站發(fā)送的指令作出相應的響應。在調試過程中MVI56-PDPMV1模塊只作為 Profibus DP主站，其在Profibus網絡中僅作為1756-A17機架背板的一個網關，羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)默認其為普通的IO模塊。該模塊通過自身的內部數據庫來實現同1756-L73 PLC模塊和Profibus網絡之間的數據交換。

上述硬件安裝完畢，需要對相應的硬件進行組態(tài)。第一步打開羅克韋爾RSLOGIX5000編程軟件，RSLOGIX5000編程軟件是羅克韋爾公司專門針對羅克韋爾PLC系統(tǒng)開發(fā)的程序編輯組態(tài)軟件。將已有的取料機程序上線之后打開控制器通用選項查看處理器固件版本，由圖1可看出處理器的固件版本為20.12，機架為13槽機架，1756-L73 PLC模塊所在槽位為1槽。然后在羅克韋爾RSLOGIX5000 PLC模塊組態(tài)界面，新建IO輸入輸出模塊，在IO組態(tài)對話框里組態(tài)1756-MODULE通用PLC模塊，設置模塊名稱、通信格式、槽號、連接參數等信息，如圖1所示。

圖1 組態(tài)界面

新增加的Profibus總線PLC模塊組態(tài)完畢之后在主例程梯形圖編輯框任找一空行，右鍵點擊空行選擇導入功能，導入MVI56-PDPMV1樣例程序（樣例程序包括自定義變量，數據類型和梯形圖以及控制器標簽內模塊必須的變量，樣例程序必須同處理器固件版本相一致，這里根據上文直接選擇V20版本的樣例，其他選擇默認即可），完成在已有取料機程序中MVI56-PDPMV1模塊程序配置功能。然后安裝1756-MVI56-PDPMV1模塊隨廠安裝光盤“Prosoft？Configuration？Builder”組態(tài)軟件并打開，選擇“模塊類型選擇”對話框，模塊類型選擇“MVI56-PDPMV1”，同取料機PLC控制器通信方式選擇“1756-ENBT”的CIP通信方式并配置通信路徑，在工具欄中加載GSD文件配置Profibus DP從站，最后將主站與從站組態(tài)信息下載到PLC處理器中，MVI56-PDPMV1模塊組態(tài)界面如圖2所示。

圖2 MVI56-PDPMV1模塊組態(tài)界面

完成以上軟硬件配置工作后，斗輪液壓站中所需要的主油泵油溫、主油泵油位、主油泵油壓、沖洗泵油溫、沖洗泵油壓等信號以Profibus總線形式從斗輪液壓站SPIDER控制板處主動上傳至羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)中并在已有的取料機控制系統(tǒng)程序中自動生成需要的油溫、油壓、油位程序標簽，最后通過數據換算、報警值設置將斗輪液壓站數據與報警信息通過畫面的形式展示在司機面前使其能直觀的觀察到斗輪液壓站主油泵與沖洗泵實時信息與報警信息，方便其快速的判斷故障原因。所需的畫面軟件根據現場實際工況選用羅克韋爾公司開發(fā)的FactoryTalk Se畫面編輯軟件，將其同上文所述的羅克韋爾RSLOGIX5000 程序 編 輯軟 件 ，“Prosoft？Configuration？Builder”組態(tài)軟件一并安裝在位于取料機司機室的工控機中。主油泵油溫、油位、油壓，沖洗泵油溫、油壓信息分別以圓柱形直觀表示。當主油泵油溫、油位、油壓，沖洗泵油溫、油壓信號為0時圓柱為空白透明色，當信號上升時圓柱中將會出現綠色并隨著信號的上升而上升，當信號下降時圓柱中的綠色隨著信號的下降而下降，綠色值的高低對應著信號的大小，當綠色上漲或下降超過預設的最大值與最小值后圓柱中綠色變?yōu)榧t色提示司機注意，方便取料機司機及時停機同維修人員聯(lián)系。

（2）方案2。電伴熱保溫系統(tǒng)的自動化改造：黃驊港四期取料機現有的電伴熱保溫系統(tǒng)由低壓軟體伴熱帶、數顯溫控儀、固態(tài)繼電器、降壓變壓器以及伴熱控制箱等器件組成。當實際溫度臨界于設定溫度時，進行周期性加熱工作，在伴熱器發(fā)生故障后，溫控儀具有低溫或高溫數顯故障報警。為了滿足自動化控制需求以電伴熱系統(tǒng)原有就地啟動、停止電伴熱繼電器為基礎在其兩個繼電器兩端分別并聯(lián)引出兩根控制線接入位于電氣室中的羅克韋爾1756-OB16I數字量輸出模塊輸出點處，輸出模塊對應程序中的輸出點為“CNB3:9:O.Data.1”與CNB3:9:O.Data.2”。在電伴熱報警輸出繼電器處引出兩根控制線接入位于電氣室中的羅克韋爾1756-IB16數字量輸入模塊開關量信號輸入點處，在取料機程序中對應“CNB5:9:I.Data.1”這一輸入點。在電伴熱溫控儀模擬量4～20 mA輸出點處引出兩根4～20 mA信號線接入位于電氣室中的羅克韋爾1756-IF16模擬量輸入模塊中的兩點處，用于羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)實時采集伴熱帶溫度，模擬量輸入點對應程序中的輸入點為“CNB4:1:I.Ch0Data”1號模擬量輸入通道。

（3）方案3。以取料機斗輪液壓站SPIDER原有就地復位按鈕為基礎在取料機司機室加裝遠程故障復位按鈕。首先在司機室新增開關量24 V控制按鈕，將其控制線接入羅克韋爾1756-IB16數字量輸入模塊開關量信號輸入點處，在程序中新增開關量輸入點一個如樣例程序中“ACN1:0:I.9”。當司機按住控制按鈕時程序中“ACN1:0:I.9”該點點亮對應的輸出點“CNB3:9:O.Data.4”點亮，1756-OB16I數字量輸出模塊對應程序中相應輸出點將會輸出DC 24 V電壓，輸出的信號以控制線的形式接入電氣室新增加的24 V繼電器一端，繼電器另一端所出的控制線并入斗輪液壓站SPIDER控制箱已有的開關量復位按鈕處達到遠程復位的作用。這樣一來就有效的解決了取料機斗輪液壓站系統(tǒng)經常在連續(xù)長時間作業(yè)后出現高溫報警需要取料機司機從司機室走出至現場斗輪液壓站控制面板處待油溫降低后手動復位故障的問題，提升了取料機作業(yè)效率，降低了操作人員的勞動強度。

（4）方案4。以取料機斗輪液壓站SPIDER處原有就地啟動、就地停止沖洗泵按鈕為基礎在司機室加裝遠程啟動、停止沖洗泵按鈕。首先在司機室新增2個開關量24 V控制按鈕，將其控制線接入羅克韋爾1756-IB16數字量輸入模塊開關量信號輸入點處，在程序中新增開關量輸入點2個如“ACN1:0:I.10”，“ACN1:0:I.11”，當司機按住遠程啟動沖洗泵控制按鈕時程序中“ACN1:0:I.10”點亮對應的輸出點“CNB3:9:O.Data.5”點亮，當司機按住遠程停止沖洗泵控制按鈕時程序中“ACN1:0:I.11”點亮對應的輸出點“CNB3:9:O.Data.6”點亮，1756-OB16I數字量輸出模塊對應程序中的某兩點將會輸出24 V直流電壓，將輸出的信號以控制線的形式接入電氣室新增加的2個24 V繼電器一端，繼電器另一端所出的控制線分別并入斗輪液壓站SPIDER控制箱已有的就地啟動沖洗泵、就地停止沖洗泵按鈕處達到遠程控制沖洗泵啟停的作用。這樣一來取料機司機就可以在作業(yè)以前根據室外環(huán)境溫度手動啟停沖洗泵縮短斗輪液壓站啟動時間，提升作業(yè)效率，降低操作人員勞動強度。

（5）方案5。為了盡可能降低取料機斗輪液壓站在作業(yè)過程中人為干預的機率，在上述4個方案改造的基礎上編寫取料機斗輪液壓站自動控制程序。

①斗輪液壓站沖洗泵按時間間隔整點啟動沖洗。首先通過RSLOGIX5000程序中的GSV指令成功提取系統(tǒng)時間年、月、日、時、分、秒數據，根據需求在 24 h 中，將 0～1，6～7，12～13 和18～19等4個時間間隔作為斗輪沖洗泵運行時間，其余時間作為斗輪沖洗泵停止時間，其啟動停止優(yōu)先級低于作業(yè)啟停優(yōu)先級。當系統(tǒng)時間值在預設的時間值之間時啟動沖洗泵，超出預設的時間值時停止沖洗泵。在沖洗泵作業(yè)運行過程中出現故障例如油溫高于預設的報警溫度或人為就地或者遠程停止沖洗泵時沖洗泵停止工作。此程序優(yōu)先級為最低。

②斗輪液壓站沖洗泵延時停止沖洗。在實際作業(yè)過程中經常遇到取料機斗輪液壓站停止后很短的時間內需要再次啟動的作業(yè)情況，但由于斗輪液壓站短暫的停止尤其在冬季天氣寒冷的情況下，油溫迅速降低，再啟動就將面臨長時間的預熱問題。為了避免這種情況的發(fā)生，運用RSLOGIX5000程序中的TON（延時）指令在作業(yè)結束司機發(fā)出斗輪停止命令后，PLC控制系統(tǒng)立即將停止信號發(fā)送給SPIDER控制箱控制斗輪馬達、主油泵停止；在TON指令延時人為設定的一定時間后PLC控制系統(tǒng)將沖洗泵停止命令發(fā)送給SPIDER控制箱控制沖洗泵停止，如果在這延時過程中需要再次作業(yè)時TON延時指令被打斷，更高優(yōu)先級的作業(yè)程序指令發(fā)揮作用，斗輪馬達、主油泵開始啟動，作業(yè)開始，這樣一來就有效的避免了短暫停止作業(yè)后斗輪液壓站需要預熱的問題。

③斗輪液壓站溫度互鎖機制建立。為了充分發(fā)揮黃驊港取料機作業(yè)效率，建立黃驊港斗輪液壓站溫度互鎖機制。溫度互鎖機制命令優(yōu)先級高于斗輪液壓站沖洗泵按時間間隔整點啟動沖洗命令優(yōu)先級低于斗輪作業(yè)指令優(yōu)先級。依托采集到的斗輪液壓站數字量、模擬量和Profibus總線信號進行閉環(huán)控制。首先通過RSLOGIX5000程序中的GSV指令成功提取系統(tǒng)時間年、月、日數據，之后人為規(guī)定斗輪液壓站溫度互鎖機制開啟條件為冬季，即12月1日至3月1日，當系統(tǒng)時間為冬季時間時開啟斗輪液壓站溫度互鎖機制，其余時間關閉。

依據采集到的斗輪液壓站主油泵與斗輪液壓站電伴熱系統(tǒng)溫度數據運用RSLOGIX5000程序中GEQ（≥），LEQ（≤）指令進行加熱與散熱設備的啟動停止條件判斷。結合上文已實行的方案，當主油泵溫度≥38℃時PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出啟動信號啟動斗輪液壓站油冷風機的運行；當主油泵的溫度≤30℃時PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出停止信號停止斗輪液壓站油冷風機的運行。當斗輪液壓站主油泵的溫度≥28℃時PLC控制系統(tǒng)互鎖程序進行判斷并啟動PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出停止信號關閉電伴熱的運行，當斗輪液壓站主油泵的溫度≤8℃時PLC控制系統(tǒng)互鎖程序進行判斷并啟動PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出運行信號打開電伴熱的運行。當PLC數字量輸入模塊1756-IB16接收電伴熱系統(tǒng)故障信號后PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出急停信號停止電伴熱運行；當PLC模擬量輸入模塊1756-IF16接收到的電伴熱溫度數據≥電伴熱出廠設定最高溫度值時PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出急停信號停止電伴熱運行；當PLC控制系統(tǒng)接收到的電伴熱溫度數據≤電伴熱允許運行的出廠設定值溫度值同時電伴熱沒有故障信號時取消PLC輸出電伴熱急停命令。當主油泵的溫度≤3℃在沒有PLC沒有輸出沖洗泵停止命令時PLC數字量輸出模塊1756-OB16I輸出沖洗泵啟動命令，斗輪液壓站沖洗泵啟動運行；當主油泵的溫度≥21℃時在沒有更高優(yōu)先級沖洗泵沖洗命令時PLC輸出沖洗泵停止命令或斗輪液壓站自身發(fā)出沖洗泵停止命令，沖洗泵停止沖洗。

根據黃驊港四期取料機實際作業(yè)工況，在原有羅克韋爾PLC控制系統(tǒng)基礎上通過引入profibus現場總線技術結合赫格隆斗輪液壓站驅動控制系統(tǒng)進行了硬件與軟件方面的技術改造，達到了提升取料機作業(yè)效率，降低操作人員勞動強度目的。

［1］鄧李.ControlLogix系統(tǒng)實用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［2］靳寶盆.基于MVI46-PDPMV1的現場DP總線控制研究［J］.無線互聯(lián)科技，2016（15）：21-22.

U653.928.+5

B

〔編輯 凌 瑞〕