基于物聯(lián)網(wǎng)的智能管控系統(tǒng)在焦化物料管理中的應(yīng)用

祁建偉，彭 鵬

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271100)

隨著工業(yè)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)為各種自動(dòng)化設(shè)備提供了十分可靠的控制技術(shù)支撐，同時(shí)也為企業(yè)的自動(dòng)化控制方案提供了完善的技術(shù)保障；伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)的日益完善，可視化監(jiān)控技術(shù)也日趨完善，并且更為廣泛地應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程中。物聯(lián)網(wǎng)的興起為企業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控和控制創(chuàng)造了全新的理論依據(jù)和解決方案，現(xiàn)階段，越來越多的企業(yè)集團(tuán)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與PLC工業(yè)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能管理，對于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)含量，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力具有舉足輕重的作用。

本系統(tǒng)利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)無線傳輸技術(shù)，同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，建立集圖像、數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設(shè)備控制于一體的智能化、可視化管理平臺系統(tǒng)。成功地將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、光纖通訊、無線傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)中，通過自動(dòng)化控制畫面軟件自帶的OPC功能[1]，利用以太網(wǎng)將所需數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集中采集軟件中，實(shí)現(xiàn)了管理人員對生產(chǎn)和設(shè)備的集中管理，具有明顯的實(shí)用性、安全性、可靠性和先進(jìn)性。并大大提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、操作方便、運(yùn)行速度快、運(yùn)行界面友好，具有良好的通用性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

焦化輸煤系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層構(gòu)成。

(1)現(xiàn)場設(shè)備層：由PLC控制柜、DCS控制柜、操作站、交換機(jī)、收發(fā)器、智能攝像頭等設(shè)備組成。多個(gè)PLC控制器、攝像頭分布在現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行過程中大量工作參數(shù)和視頻的采集，通過邏輯控制程序、視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)有效控制。同時(shí)通過新增的皮帶兩側(cè)的開關(guān)和刻度標(biāo)尺實(shí)現(xiàn)下料閘位置準(zhǔn)確檢測，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)布料功能。

(2)網(wǎng)絡(luò)通信層：由工業(yè)以太網(wǎng)光纖、網(wǎng)線構(gòu)成，通過以太網(wǎng)通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，利用工業(yè)以太網(wǎng)光纖作為皮帶控制系統(tǒng)的主干網(wǎng)，通過對網(wǎng)絡(luò)IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃整理，可以極為方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓展，易于與其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成更為廣泛的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

(3)遠(yuǎn)程監(jiān)控層：將皮帶控制系統(tǒng)監(jiān)控操作站放到干熄焦主控室統(tǒng)一集中監(jiān)視控制，通過上位機(jī)監(jiān)控軟件Wincc可以對現(xiàn)場皮帶的視頻圖像和工作參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也可以對皮帶本身、兩側(cè)開關(guān)以及備料小車狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控控制。通過上位機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控備煤系統(tǒng)各皮帶的狀態(tài)情況，視頻在線監(jiān)控各皮帶的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了操作人員通過主控室遠(yuǎn)程控制所有設(shè)備的啟動(dòng)停止。

2 系統(tǒng)改造內(nèi)容

本系統(tǒng)將焦化公司現(xiàn)場物料運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行全面梳理，對煤粉運(yùn)輸、過程配煤、焦炭運(yùn)輸?shù)任锪舷到y(tǒng)實(shí)行全面管控?；谖锫?lián)網(wǎng)環(huán)境下，綜合利用PLC工業(yè)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，根據(jù)焦化現(xiàn)場皮帶運(yùn)行實(shí)際情況，對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控和自動(dòng)化改造。自動(dòng)化改造主要是對原來手動(dòng)電氣控制的設(shè)備進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程控制，以實(shí)現(xiàn)主控室集中控制所有現(xiàn)場設(shè)備的目標(biāo)，從而減少現(xiàn)場工作人員的工作量，提升工作效率。系統(tǒng)新上一套數(shù)據(jù)采集軟件，將現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)都采集到一起，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)備科、技術(shù)科、調(diào)度室等地方，管理人員可以通過該系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)及設(shè)備狀態(tài)，極大地提升了管理效率。

本次改造后輸煤所有皮帶控制、下料控制、配煤控制和焦炭控制都通過一個(gè)主控室進(jìn)行控制，新增兩套西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)，分別為煤皮帶下料系統(tǒng)PLC1和備皮帶下料系統(tǒng)PLC2。改造后將DCS部分的皮帶跑偏信號引入PLC1中，通過PLC統(tǒng)一制作報(bào)警指示。將焦炭皮帶控制系統(tǒng)監(jiān)控操作站放到干熄焦主控室統(tǒng)一集中監(jiān)視控制，系統(tǒng)改造部分包含煤六下料系統(tǒng)改造、備六下料系統(tǒng)改造和焦炭皮帶監(jiān)控位置遷移三部分。

2.1 煤六下料布料系統(tǒng)改造

將原有備煤倉頂布料小車拆除，1～4#倉頂各安裝一臺固定升降式分料器?？刂品绞椒譃楝F(xiàn)場操作箱控制和主控室自動(dòng)操作。改造前煤六皮帶下料為下料小車控制，改造后改為使用分料器控制，對下料系統(tǒng)機(jī)械部分改動(dòng)，根據(jù)機(jī)械部分改動(dòng)情況對電氣自動(dòng)化部分重新制作控制系統(tǒng)，通過PLC遠(yuǎn)程對小車進(jìn)行控制。本次改造在料倉下料閘前后各裝兩個(gè)接近開關(guān)，上料人員通過煤種和煤倉選擇、煤倉料位設(shè)定，系統(tǒng)自動(dòng)判斷下料位置和下料量，通過控制下料閘實(shí)現(xiàn)分料器的自動(dòng)下料，煤倉煤量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)蕉讶×蠙C(jī)操作人員現(xiàn)場監(jiān)控電腦中，操作人員能夠提前對上料進(jìn)行管控。系統(tǒng)改造后備煤操作人員不需要在現(xiàn)場進(jìn)行操作，并且與視頻監(jiān)控相結(jié)合，進(jìn)一步提升了控制安全性。設(shè)備示意圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備示意圖

2.2 備六下料布料系統(tǒng)改造

改造前備六皮帶為可逆布料皮帶，下料為人工現(xiàn)場定點(diǎn)手動(dòng)控制布料，改造后操作人員在主控室遠(yuǎn)程操作布料，新增了料倉料位自動(dòng)化布料和時(shí)間選擇自動(dòng)布料控制功能，操作人員只需要設(shè)置一些參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)布料循環(huán)，大大提升了工作效率，PLC中，通過PLC對可逆皮帶進(jìn)行控制，保留原有手動(dòng)功能，通過開關(guān)進(jìn)行切換。系統(tǒng)新增下料小車位置檢查裝置，主要是通過刻度標(biāo)尺來進(jìn)行定位，為確保下料閘信息檢測的準(zhǔn)確性和安全性，皮帶兩端增加四個(gè)接近開關(guān)和限位開關(guān)進(jìn)行連鎖保護(hù)，接近開關(guān)主要是在PLC系統(tǒng)中進(jìn)行連鎖停機(jī)保護(hù)，限位開關(guān)是通過在電氣回路中進(jìn)行連鎖保護(hù)。檢測設(shè)備示意圖如圖3所示。

圖3 檢查設(shè)備示意圖

2.3 焦炭皮帶集中監(jiān)控

將焦炭皮帶控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)接入到集中監(jiān)控主控室，完善部分報(bào)警功能以及對備系列皮帶、煤系列皮帶和焦炭皮帶控制系統(tǒng)的操作管理。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造

皮帶廊智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)軟件三大模塊組成。

(1)現(xiàn)場控制部分由86臺130萬像素海康數(shù)字高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)、收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無線網(wǎng)橋、設(shè)備控制終端等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)皮帶廊內(nèi)機(jī)頭、機(jī)尾及重點(diǎn)部位的視頻畫面采集。

(2)系統(tǒng)控制模塊主要由網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器、硬盤錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)語音對講、通訊光纜組成。負(fù)責(zé)現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)、音頻、視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收與處理。

(3)系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心。上線后實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)看、報(bào)警聯(lián)動(dòng)機(jī)制、視頻控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備在線管理、視頻影像存儲(chǔ)、圖像回放、圖像管理等功能。

3 控制功能

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

上位機(jī)監(jiān)控軟件將各皮帶運(yùn)行畫面、連鎖系統(tǒng)投入畫面、下料畫面、配煤畫面組合到一個(gè)畫面中，通過數(shù)據(jù)采集和視頻信息傳遞，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)交互[2]。崗位人員能夠很直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，并且通過高清視頻在線監(jiān)控各皮帶的設(shè)備運(yùn)行狀況。通過兩方面的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了操作人員在主控室遠(yuǎn)程控制所有設(shè)備，大大提升了工作效率。同時(shí)，管理人員可以通過WEB或手機(jī)APP隨時(shí)查看生產(chǎn)狀況，極大提升了管理效率。

3.2 報(bào)警功能

該系統(tǒng)在上位機(jī)監(jiān)控畫面中對容易出現(xiàn)故障的拉繩、跑偏、防撕裂信號集中顯示，并在報(bào)警記錄中進(jìn)行記錄，設(shè)備出現(xiàn)狀況時(shí)通過文字突出顯示、閃爍、聲音報(bào)警提示出來，讓操作人員能夠第一時(shí)間知道出現(xiàn)了什么狀況，并且結(jié)合視頻監(jiān)控共同查找，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理。

3.3 可視化管控功能

智能皮帶廊監(jiān)控系統(tǒng)是利用視頻智能監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的信息手段，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)的過程可視化、智能化管理。實(shí)現(xiàn)對機(jī)頭、機(jī)尾及重點(diǎn)部位的設(shè)備及人員的實(shí)時(shí)管控，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備及人員的移動(dòng)偵測、事件處理、區(qū)域報(bào)警等功能，管理人員可以通過手機(jī)APP功能查看現(xiàn)場情況，從而達(dá)到皮帶運(yùn)行過程的可視化和智能化管控。

3.4 備六自動(dòng)布料功能

該系統(tǒng)中，我們第一次使用了刻度標(biāo)尺來對備六可逆皮帶進(jìn)行定位，精確地反映出皮帶下料位置，結(jié)合雷達(dá)料位計(jì)倉位反饋，通過開發(fā)自動(dòng)布料模型控制程序，實(shí)現(xiàn)了崗位人員在遠(yuǎn)程進(jìn)行自動(dòng)布料。崗位人員只需在監(jiān)控畫面中設(shè)置下料位置、下料時(shí)間等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)備六可逆皮帶自動(dòng)布料功能，該功能的投用大大提升了工作效率。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)通過對焦化皮帶系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，能夠極大地減少皮帶事故處理的時(shí)間，提高了皮帶的運(yùn)行效率，降低皮帶的運(yùn)行成本，達(dá)到了減員增效的目的；同時(shí)降低了現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了人員手動(dòng)點(diǎn)檢操作的各種不安全因素，保證了操作的安全、穩(wěn)定、高效，對企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要作用。