基于物聯網的智能管控系統在焦化物料管理中的應用

祁建偉，彭 鵬

(山東泰山鋼鐵集團有限公司自動化部，山東 萊蕪 271100)

隨著工業控制技術的迅速發展，基于PLC的工業控制系統為各種自動化設備提供了十分可靠的控制技術支撐，同時也為企業的自動化控制方案提供了完善的技術保障；伴隨著網絡技術、信息化技術的日益完善，可視化監控技術也日趨完善，并且更為廣泛地應用于企業生產過程中。物聯網的興起為企業生產過程監控和控制創造了全新的理論依據和解決方案，現階段，越來越多的企業集團利用物聯網技術與PLC工業控制系統、網絡通訊系統、視頻監控系統相結合實現遠程智能管理，對于提高生產效率，降低生產成本，提高產品的科學技術含量，增強企業的市場競爭力具有舉足輕重的作用。

本系統利用數字網絡監控技術及網絡無線傳輸技術，同計算機網絡技術相結合，建立集圖像、數據、現場設備控制于一體的智能化、可視化管理平臺系統。成功地將數字網絡監控、光纖通訊、無線傳輸等先進技術應用于系統中，通過自動化控制畫面軟件自帶的OPC功能[1]，利用以太網將所需數據傳輸到數據集中采集軟件中，實現了管理人員對生產和設備的集中管理，具有明顯的實用性、安全性、可靠性和先進性。并大大提高工作效率，降低生產成本。該系統技術先進、操作方便、運行速度快、運行界面友好，具有良好的通用性。

1 系統架構

焦化輸煤系統基于物聯網技術的網絡架構圖如圖1所示。

圖1 系統架構圖

物聯網網絡架構主要由現場設備層、網絡通信層和遠程監控層構成。

(1)現場設備層：由PLC控制柜、DCS控制柜、操作站、交換機、收發器、智能攝像頭等設備組成。多個PLC控制器、攝像頭分布在現場，實現皮帶運行過程中大量工作參數和視頻的采集，通過邏輯控制程序、視頻監控，實現有效控制。同時通過新增的皮帶兩側的開關和刻度標尺實現下料閘位置準確檢測，實現全自動布料功能。

(2)網絡通信層：由工業以太網光纖、網線構成，通過以太網通信模塊進行數據通信，利用工業以太網光纖作為皮帶控制系統的主干網，通過對網絡IP地址進行統一規劃整理，可以極為方便地實現網絡節點的拓展，易于與其他網絡構成更為廣泛的網絡架構。

(3)遠程監控層：將皮帶控制系統監控操作站放到干熄焦主控室統一集中監視控制，通過上位機監控軟件Wincc可以對現場皮帶的視頻圖像和工作參數進行在線實時監控，同時也可以對皮帶本身、兩側開關以及備料小車狀態進行監控控制。通過上位機監控軟件實時監控備煤系統各皮帶的狀態情況，視頻在線監控各皮帶的運行狀況，實現了操作人員通過主控室遠程控制所有設備的啟動停止。

2 系統改造內容

本系統將焦化公司現場物料運輸系統進行全面梳理，對煤粉運輸、過程配煤、焦炭運輸等物料系統實行全面管控。基于物聯網環境下，綜合利用PLC工業控制技術和網絡通訊技術，根據焦化現場皮帶運行實際情況，對現場進行監控和自動化改造。自動化改造主要是對原來手動電氣控制的設備進行PLC遠程控制，以實現主控室集中控制所有現場設備的目標，從而減少現場工作人員的工作量，提升工作效率。系統新上一套數據采集軟件，將現場PLC數據都采集到一起，通過網絡傳輸到設備科、技術科、調度室等地方，管理人員可以通過該系統實時掌握生產及設備狀態，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主控室進行控制，新增兩套西門子S7-300系列PLC系統，分別為煤皮帶下料系統PLC1和備皮帶下料系統PLC2。改造后將DCS部分的皮帶跑偏信號引入PLC1中，通過PLC統一制作報警指示。將焦炭皮帶控制系統監控操作站放到干熄焦主控室統一集中監視控制，系統改造部分包含煤六下料系統改造、備六下料系統改造和焦炭皮帶監控位置遷移三部分。

2.1 煤六下料布料系統改造

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場操作箱控制和主控室自動操作。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，對下料系統機械部分改動，根據機械部分改動情況對電氣自動化部分重新制作控制系統，通過PLC遠程對小車進行控制。本次改造在料倉下料閘前后各裝兩個接近開關，上料人員通過煤種和煤倉選擇、煤倉料位設定，系統自動判斷下料位置和下料量，通過控制下料閘實現分料器的自動下料，煤倉煤量數據通過網絡實時傳輸到堆取料機操作人員現場監控電腦中，操作人員能夠提前對上料進行管控。系統改造后備煤操作人員不需要在現場進行操作，并且與視頻監控相結合，進一步提升了控制安全性。設備示意圖如圖2所示。

圖2 設備示意圖

2.2 備六下料布料系統改造

改造前備六皮帶為可逆布料皮帶，下料為人工現場定點手動控制布料，改造后操作人員在主控室遠程操作布料，新增了料倉料位自動化布料和時間選擇自動布料控制功能，操作人員只需要設置一些參數，就能實現一個自動布料循環，大大提升了工作效率，PLC中，通過PLC對可逆皮帶進行控制，保留原有手動功能，通過開關進行切換。系統新增下料小車位置檢查裝置，主要是通過刻度標尺來進行定位，為確保下料閘信息檢測的準確性和安全性，皮帶兩端增加四個接近開關和限位開關進行連鎖保護，接近開關主要是在PLC系統中進行連鎖停機保護，限位開關是通過在電氣回路中進行連鎖保護。檢測設備示意圖如圖3所示。

圖3 檢查設備示意圖

2.3 焦炭皮帶集中監控

將焦炭皮帶控制系統和視頻監控通過網絡接入到集中監控主控室，完善部分報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的操作管理。

2.4 視頻監控系統改造

皮帶廊智能監控系統主要由現場控制、系統控制、系統軟件三大模塊組成。

(1)現場控制部分由86臺130萬像素海康數字高清監控攝像機、收發器、網絡交換機、無線網橋、設備控制終端等設備組成，負責皮帶廊內機頭、機尾及重點部位的視頻畫面采集。

(2)系統控制模塊主要由網絡收發器、硬盤錄像機、計算機、網絡語音對講、通訊光纜組成。負責現場儀表數據、音頻、視頻數據的發送、接收與處理。

(3)系統軟件是整個系統的核心。上線后實現實時圖像監看、報警聯動機制、視頻控制、遠程監控、設備在線管理、視頻影像存儲、圖像回放、圖像管理等功能。

3 控制功能

3.1 實時監控功能

上位機監控軟件將各皮帶運行畫面、連鎖系統投入畫面、下料畫面、配煤畫面組合到一個畫面中，通過數據采集和視頻信息傳遞，實現大量數據交互[2]。崗位人員能夠很直觀的實時監控系統運行情況，并且通過高清視頻在線監控各皮帶的設備運行狀況。通過兩方面的結合，實現了操作人員在主控室遠程控制所有設備，大大提升了工作效率。同時，管理人員可以通過WEB或手機APP隨時查看生產狀況，極大提升了管理效率。

3.2 報警功能

該系統在上位機監控畫面中對容易出現故障的拉繩、跑偏、防撕裂信號集中顯示，并在報警記錄中進行記錄，設備出現狀況時通過文字突出顯示、閃爍、聲音報警提示出來，讓操作人員能夠第一時間知道出現了什么狀況，并且結合視頻監控共同查找，便于及時發現問題并處理。

3.3 可視化管控功能

智能皮帶廊監控系統是利用視頻智能監控技術、網絡技術、無線網絡等先進的信息手段，實現皮帶運轉的過程可視化、智能化管理。實現對機頭、機尾及重點部位的設備及人員的實時管控，實現對設備及人員的移動偵測、事件處理、區域報警等功能，管理人員可以通過手機APP功能查看現場情況，從而達到皮帶運行過程的可視化和智能化管控。

3.4 備六自動布料功能

該系統中，我們第一次使用了刻度標尺來對備六可逆皮帶進行定位，精確地反映出皮帶下料位置，結合雷達料位計倉位反饋，通過開發自動布料模型控制程序，實現了崗位人員在遠程進行自動布料。崗位人員只需在監控畫面中設置下料位置、下料時間等參數，即可實現備六可逆皮帶自動布料功能，該功能的投用大大提升了工作效率。

4 結語

該系統通過對焦化皮帶系統、下料系統、數據采集系統進行自動化改造，能夠極大地減少皮帶事故處理的時間，提高了皮帶的運行效率，降低皮帶的運行成本，達到了減員增效的目的；同時降低了現場操作人員的勞動強度，消除了人員手動點檢操作的各種不安全因素，保證了操作的安全、穩定、高效，對企業的安全穩定生產具有重要作用。