散裝發貨系統集中控制的數字化升級

劉保平，孫書強，王躍峰，李鵬飛

我公司原有熟料散裝發貨系統、水泥散裝發貨系統各自相對獨立，包括1臺熟料散裝轉子秤、4臺水泥散裝科氏力秤。5臺秤均配備人機交互觸控屏，用于實現人工定點放料。各發貨點合計配備了5名外協人員，負責現場人工定點裝車。由于工作人員的能力各有差異，信息溝通偶有差錯，調度管理不暢，影響了發貨效率。

為了節省人力成本，提升發貨效率，實現發貨現場無人值守，2020年8月，我公司對熟料散裝發貨系統和水泥散裝發貨系統進行了深入研究，提出了整合集中控制的數字化升級改造方案，即，在包裝區域附近新建一間發貨集中控制室（又稱發貨中心），包含原兌票人員調度職能，將熟料散裝、水泥散裝發貨及包裝調灰流程進行整合集中控制，實行一體化發貨管理。2020年11月實施改造并投入使用，取得了較好效果。

1 散裝發貨集中控制系統的建立

1.1 建立水泥散裝發貨系統的集中控制

原有水泥散裝發貨系統由4臺科氏力秤及相應4臺軟連接伸縮升降機組成，升降機系統集成了單機收塵器。水泥散裝升降機所需控制信號包括：升驅動、降驅動、備妥、故障報警（電機熱過載）、收塵驅動、收塵運行。水泥散裝科氏力秤信號控制設備為PLC控制器。公司DCS控制系統為施耐德UnityPro+Citect架構，未與外網連接。

為實現水泥散裝各發貨點的集中控制，原設想將4臺水泥散裝科氏力秤及升降機的控制同時整合至DCS系統，但由于科氏力秤的機械結構及控制程序邏輯復雜，且1號秤、3號秤PLC控制器采用西門子S7-200型控制器，2號秤、4號秤采用S7-1200型控制器，控制器型號不同，同時整合進DCS所需控制信號多，需在上位機添加額外控制程序且程序復雜。另外，原有水泥散裝秤信號控制系統為方便技術人員實時在線監護及后續程序更新，其通訊網絡與外網相連接，如果將水泥散裝秤控制與DCS系統進行整合，還希望保持公司DCS控制系統網絡連接與外網相分離，需增設工業網絡設備。

經分析研究，決定另辟蹊徑，將水泥散裝升降機開關量控制信號于現場并入水泥散裝秤PLC控制器預留的DI、DO接口，升降機的控制由水泥散裝秤PLC控制器執行；在發貨中心單獨設置一臺計算機，安裝西門子WinCC上位機軟件，通過網線以Modbus協議連接4臺水泥散裝秤的PLC控制器，以此實現4臺水泥散裝秤及升降機的集中遠程控制；4臺水泥散裝秤的PLC控制器通過網線就近集中連接光電交換機，PLC控制器至發貨中心的主通道信號通過光電交換機的轉換由光纖傳輸，保證信號的低延遲和高穩定性。水泥散裝控制所需變量信息及水泥散裝控制運行界面如圖1、圖2所示。

圖1 水泥散裝控制所需變量表

圖2 水泥散裝控制運行界面

1.2 建立熟料散裝發貨系統的集中控制

原有熟料散裝發貨系統由1臺轉子秤及相應的鋼結構伸縮升降機組成。為了實現熟料散裝發貨系統的集中控制，因為熟料散裝升降機的信號控制與水泥散裝升降機的信號控制略有差異，無法將熟料散裝升降機的開關量控制信號并入熟料散裝秤控制器，需采用有別于水泥散裝升降機集中控制的策略。

熟料散裝轉子秤控制儀表采用國產WEIGH FEEDER LCXKⅢ型，為實現對其遠程控制，需采集其驅動、備妥、運行、故障報警、給定流量（t/h）信號及反饋流量（t/h）信號，其中驅動信號為長驅信號，反饋流量信號用于傳送至上位機進行積分累積，實現裝車量統計。

為了實現熟料散裝發貨與水泥散裝發貨的集中控制，需進行熟料散裝秤控制RS485串口與Mod?bus通訊協議的轉換并敷設專用網線，由于熟料散裝秤控制柜距離發貨中心較遠，中間隔有配料庫、水泥磨房、散裝庫，線路敷設困難。考慮熟料散裝秤控制柜位于配料站DCS控制室附近，通過將專用網線接入配料站DCS，無需復雜的信號轉換，即實現了熟料散裝秤、升降機控制和包裝調灰系統與DCS系統的整合和集中遠程控制。遠程控制程序編制的難點在于物料流量的累計、暫停及補裝，可通過調用Unity Pro自帶的PID控制模塊，增添相關輔助控制邏輯而實現，相關控制邏輯的添加可參考其自帶的幫助文檔說明。熟料散裝控制及包裝調灰流程如圖3所示。

圖3 熟料散裝控制及包裝調灰流程

1.3 建立無人值守自助發貨系統

水泥散裝發貨及熟料散裝發貨集中控制系統建立后，貨車司機可在手機訂貨APP上下單，持隨機生成的7位提貨數字碼，在銷售開票大廳開卡機上輸入提貨碼，自助辦理提貨磁卡；持卡通過車牌識別門禁進入廠區，在路線導航標志、停車標志及語音提示指引下，進入相應物料運輸車道內裝車。裝車完成后，到無人值守計量衡處自助結算，在出廠門衛處收卡機上完成收卡、打印小票，經門禁識別后駛離廠區，兌票員可通過發貨中心3號計算機（見圖4）實時監控發貨全過程。

圖4 發貨中心監控終端

水泥廠四座水泥庫包含P·C42.5、P·O42.5及P·O52.5三個水泥品種，為避免提貨車輛裝錯，每個水泥庫庫底均設置一卡通刷卡器，只有讀卡信息與水泥庫放料口水泥品種一致方可放料。為實現一卡通系統與遠程放料系統聯鎖對接，利用一卡通刷卡信息核對成功后提供的無源常開控制點，將其與熟料散裝、水泥散裝升降筒驅動信號連鎖。只有當司機所持磁卡信息與對應水泥庫放料口水泥品種一致時，相應升降筒才會落下，避免了放料品種的混亂出錯。

發貨中心控制終端由4臺計算機組成，其中，1號計算機負責水泥散裝發貨，2號負責熟料散裝發貨及包裝調灰，3號負責一卡通系統運行，4號負責操作員日常辦公。1號、3號及4號計算機接入外網，2號接入公司DCS內網。為滿足系統穩定及后續擴展需求，計算機硬件CPU選用10代I5英特爾處理器，內存儲器容量8GB，機械硬盤容量1TB，圖形處理選用集成顯卡。發貨中心控制終端整體運行畫面如圖4所示。

1.4 建立視頻語音對講及視頻監控系統

為實現發貨中心操作員與司機的實時音視頻通信，在發貨中心設置1臺音視頻通訊對講主機，在各發貨現場共設置8臺對講從機，實現一對一單獨聯系及同時廣播視頻通訊功能，用以指導司機規范裝車。視頻語音對講主、從機運行畫面見圖5。

圖5 視頻語音對講主從機運行畫面

視頻語音對講系統是基于數字IP網絡對講廣泛使用的TCP/IP網絡技術，將音視頻信號以IP包的協議形式在局域網和廣域網上傳送，是一套純數字傳輸的雙向音頻擴音和單雙向視頻傳輸的綜合系統，避免了傳統廣播系統存在的音質不佳、維護管理復雜、傳輸距離短、互動性差、只有聲音沒有畫面等問題。

為實現發貨中心對發貨現場情況的實時掌控，在水泥庫下料口（包含庫底氣動閘板閥、弧形流量閥、破碎閥及分料斜槽口）、車道前后、設備易出問題的地方及“跑冒滴漏”易發地，安裝高清廣角攝像頭，在發貨中心內設置集中監控顯示屏。通過攝像頭和顯示屏，向操作員實時反饋發貨現場信息，輔助遠程控制，同時將發貨區域的監控并入公司生產總監控網絡。由于現場安裝攝像頭較多，監控系統IP地址分配復雜，數據傳輸量巨大，采用智能型交換機替換了原有“傻瓜”式交換機，提高了系統數據處理量及系統安全運行強度。視頻監控系統運行畫面見圖6。

圖6 視頻監控系統運行畫面

2 系統試運行及優化

2.1 散裝升降頭的控制優化

系統改造升級完成后，進行了兩個月的試運行。試運行期間，由于現場4個水泥庫裝車量較大，操作員需緊盯現場散裝升降頭監控畫面，根據畫面顯示的裝車口位置頻繁調整散裝升降頭。調整后，如果兩者之間的相對位置還有少量偏差，需由司機在現場配合微調散裝升降頭位置。裝車完成后，再由操作員遠程完成散裝升降頭上升提起動作，費時費力。

針對此問題，在現場裝車口開蓋處增設三聯控制按鈕，控制散裝升降頭的上升、下降和急停，并與一卡通裝置聯鎖。優化后，由裝車司機即可完成散裝升降頭與裝車口的對接及裝車完成后的提升工作，大大提升了裝車效率。

2.2 庫底水泥下料口的控制優化

在試運行期間，有一段時間的連陰雨，庫底水泥灰因受潮頻繁結塊，致使卸料閥門下料不暢，秤體流量頻繁＜50t/h，嚴重影響計量精度，經常需人工打開弧形流量閥前端工作口清理結塊。為解決此問題，經研究，在庫底水泥下料口手動閘板閥下方，安裝立式塊料破碎機，破碎機轉子上布置放射狀的破碎爪，破碎爪撥動塊狀物料通過柵格，破碎機將塊狀物料破碎。

為實現破碎機的遠程精準安全控制，將塊料破碎機的運轉控制信號接入DCS系統，由發貨中心操作員遠程控制。上位機程序的編制利用反饋的電流信號作為判斷條件，當有些塊狀物料無法破碎而卡住破碎機轉子時，運行電流超過額定電流值，畫面自動報警并發出反轉驅動信號，驅動破碎機的正轉接觸器釋放，反轉接觸器吸合并反向轉動，將無法破碎的物料推開，延時5s后再正向轉動。

塊料破碎機的遠程控制與破碎機本身的驅動電機保護器相結合，可有效保護破碎機驅動電機，避免大塊物料卡住破碎閥導致驅動電機保護器頻繁動作。

經此改造，有效解決了大塊物料堵塞卸料閥門的問題，保證了卸料通暢及散裝秤的計量精度，大大減少了人工清堵的次數。

3 結語

數字化升級后的發貨系統實現了發貨現場的無人值守，投入運行以來，有效提高了發貨效率，節省了人力成本。系統升級改造的投入少，所需相關硬件、軟件均可從市場采購，硬件部分安裝簡便，軟件配置及程序邏輯編制部分及隨后的調試工作可由公司DCS工程師、網絡管理員完成。