粉煤灰定量裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

王 波 鄭 磊 陳 欣

（1.國家能源集團(tuán)宿遷發(fā)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(chǎn)及多重利用越來越重視[1]。傳統(tǒng)火電廠發(fā)電過程中會產(chǎn)出很多的粉煤灰，粉煤灰作為一種可用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的資源，理應(yīng)得到充分利用和科學(xué)管理。

本文提出將先進(jìn)信息技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)和現(xiàn)代企業(yè)管理技術(shù)深度融合，實現(xiàn)粉煤灰運輸可觀測、可控制、自動化，優(yōu)化粉煤灰運輸業(yè)務(wù)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(jīng)濟(jì)效益和社會效益[2]。

定量裝車控制系統(tǒng)建設(shè)范圍主要包括幾個部分：下料設(shè)備遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)運輸設(shè)備實時值及指標(biāo)獲取、運輸車輛的資格校驗及下料數(shù)量的邏輯控制[3]。系統(tǒng)能夠優(yōu)化粉煤灰運輸?shù)墓芸亓鞒?，增?qiáng)企業(yè)管控信息化集成程度，使現(xiàn)場運行人員準(zhǔn)確把握下料精度，提高決策水平。

定量裝車控制系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，且涉及較多高新技術(shù)的應(yīng)用。本系統(tǒng)使用B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)相結(jié)合的開發(fā)手段，編程語言使用C#，保證了程序的穩(wěn)定性及健壯性，同時兼顧了效率與安全性；使用OPC服務(wù)技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)的及時性和流通性[4]；同時深入分析業(yè)務(wù)部門對本項目建設(shè)的需求和要求，為后續(xù)電廠的工業(yè)業(yè)務(wù)建設(shè)規(guī)劃、信息資源整合、業(yè)務(wù)融合等打下了堅實基礎(chǔ)。

1 定量裝車控制系統(tǒng)技術(shù)分析

1.1 C/S架構(gòu)

C/S架構(gòu)全稱為客戶端/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，它是一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其中客戶端是用戶運行應(yīng)用程序的PC端或者工作站，客戶端依靠服務(wù)器來獲取資源。C/S架構(gòu)通過提供查詢響應(yīng)，而不是總文件傳輸來減少網(wǎng)絡(luò)流量[5]，它允許多用戶通過GUI前端更新到共享數(shù)據(jù)庫，在客戶端和服務(wù)器之間，通信一般采用遠(yuǎn)程調(diào)用（RPC）或標(biāo)準(zhǔn)查詢語言（SQL）。

定量裝車控制系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)的思想進(jìn)行設(shè)計，使用三層架構(gòu)來全方位實現(xiàn)火電廠粉煤灰銷售業(yè)務(wù)及安全運輸需求。架構(gòu)內(nèi)的三層即表示層（客戶層）、應(yīng)用層（業(yè)務(wù)層）和數(shù)據(jù)庫層（數(shù)據(jù)層）。

在C/S三層架構(gòu)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(dāng)用戶業(yè)務(wù)比較復(fù)雜時，使用C/S架構(gòu)可以減小服務(wù)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(gòu)更加注重流程的特性就顯得格外重要。除此之外，C/S架構(gòu)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(wù)（協(xié)議）

OPC服務(wù)（協(xié)議）是一種利用微軟的COM/DCOM技術(shù)來達(dá)成自動化控制的協(xié)定，采用典型的C/S模式。針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序由硬件廠商完成，提供統(tǒng)一OPC接口標(biāo)準(zhǔn)的Server程序，軟件廠商只需按照OPC標(biāo)準(zhǔn)接口編寫Client程序訪問Server程序進(jìn)行讀寫，即可實現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信[7]。

在開發(fā)定量裝車控制系統(tǒng)的過程中，由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)涉及很多電氣設(shè)備，使用OPC服務(wù)（協(xié)議）可以快速獲取各相關(guān)設(shè)備的實時參數(shù)，大大減少了因數(shù)據(jù)顯示延時而導(dǎo)致的各種人為失誤[8]。在因特網(wǎng)管控嚴(yán)格的火電廠內(nèi)，程序更新比較麻煩，OPC服務(wù)（協(xié)議）具備較好的向下兼容性，舊版本的程序也可以在計算機(jī)上順暢運行，體現(xiàn)了其高度柔韌性的特點。定量裝車控制系統(tǒng)界限明確，通過OPC服務(wù)（協(xié)議）傳輸?shù)闹刀际钦_且及時的，現(xiàn)場運行人員通過對系統(tǒng)內(nèi)各值變動的觀察，可以及時發(fā)現(xiàn)異常并診斷故障，從而提高運行安全性，降低維護(hù)費用[9]。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 定量裝車業(yè)務(wù)控制端

2.1.1 業(yè)務(wù)規(guī)則說明

定量裝車業(yè)務(wù)控制端的規(guī)則說明如表1所示。

表1 定量裝車業(yè)務(wù)控制端規(guī)則說明

2.1.2 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流

定量裝車系統(tǒng)控制端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從車輛入廠第一次稱重后開始，通過現(xiàn)場設(shè)備讀取車輛相關(guān)參數(shù)并關(guān)聯(lián)校驗與保存，具體數(shù)據(jù)流如圖1所示。

2.1.3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表

定量裝車系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表如表2所示。

表2 定量裝車系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表

2.1.4 定量裝車業(yè)務(wù)控制端軟件設(shè)計

定量裝車業(yè)務(wù)控制軟件包含車牌號識別、車輛數(shù)據(jù)獲取與校驗、調(diào)整量修改等功能，軟件界面如圖2所示。

根據(jù)需求制定界面，車輛行駛至灰?guī)靺^(qū)域時，停留在車牌識別區(qū)域內(nèi)，運行人員在軟件界面上點擊“抓拍”按鈕，系統(tǒng)會自動通過車輛的車牌號關(guān)聯(lián)出系統(tǒng)內(nèi)該車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如“皮重”“過皮灰種”，裝車設(shè)定量為當(dāng)?shù)亟还芫忠?guī)定的罐車上路重量減去其皮重，自動顯示在“裝車設(shè)定量”欄目內(nèi)[10]。

識別車牌后系統(tǒng)會校驗此車過皮灰種是否與入庫名匹配，若進(jìn)錯庫則不賦予放灰權(quán)限?！罢{(diào)整量”功能用于滿足廠內(nèi)特定時期銷售政策，最終裝車設(shè)定量為當(dāng)?shù)亟还芫忠?guī)定罐車上路重量減去皮重和調(diào)整量（可為負(fù)數(shù)）的和。

車輛識別完成且邏輯校驗通過后，系統(tǒng)會將裝車設(shè)定量的參數(shù)傳輸至定量裝車設(shè)備控制端[11]。

2.2 定量裝車設(shè)備控制端

2.2.1 設(shè)備控制端模塊設(shè)計

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

其中，設(shè)備包括散裝計量秤（電機(jī)、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(yōu)點為可靠性高，控制算法先進(jìn)，操作簡單，獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)之后，通過Modbus傳輸協(xié)議發(fā)送至PLC端；PLC使用西門子PLC1200，通過PLC獲取稱重模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并對其進(jìn)行快速準(zhǔn)確的計算處理；用戶在組態(tài)軟件及下位機(jī)上的操作會直接給PLC發(fā)送指令，從而控制設(shè)備[12]。

2.2.2 組態(tài)軟件設(shè)計

定量裝車設(shè)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(shè)定量、流量設(shè)定、閥門給定、秤體啟動、秤體停止、故障復(fù)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(shè)備控制端用于實現(xiàn)對業(yè)務(wù)相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)實時顯示和控制[13]。2.1.4章節(jié)中描述的“裝車設(shè)定量”會通過OPC服務(wù)傳輸至設(shè)備控制端的“裝車設(shè)定量”欄目中。

打開軟件第一步需要確認(rèn)設(shè)備通信狀態(tài)為“通信成功”，否則要檢查設(shè)備狀態(tài)是否正常；第二步確認(rèn)界面上是否顯示“下料備妥”，若顯示的是“系統(tǒng)停止”，則需要先點擊“秤體啟動”按鈕，待設(shè)備預(yù)熱完成后方可進(jìn)行下一步操作；第三步觀察界面上“高料位預(yù)警”“氣動閥運行”“羅茨風(fēng)機(jī)運行”“斜槽風(fēng)機(jī)運行”和“收塵風(fēng)機(jī)運行”狀態(tài)燈的顏色，若存在紅色狀態(tài)燈，則需要對該設(shè)備進(jìn)行檢查；第四步通過點擊文本框?qū)Α傲髁吭O(shè)定”和“閥門給定”進(jìn)行參數(shù)編輯，填入適合業(yè)務(wù)場景的值；第五步通過監(jiān)控設(shè)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(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)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(tǒng)通過OPC服務(wù)實時獲取并更新界面的相關(guān)數(shù)值以及設(shè)備的信號值，例如“高料位預(yù)警”信號觸發(fā)，則系統(tǒng)會立即停止以保證安全；設(shè)備放灰量即將達(dá)到設(shè)定值，則系統(tǒng)會按照順序開始關(guān)閉管道內(nèi)的各閥門來確保放料的準(zhǔn)確性[14]。

系統(tǒng)若某一環(huán)節(jié)存在故障，故障信息會顯示在界面上方，現(xiàn)場人員通過故障描述可以及時解決問題。

2.2.3 設(shè)備控制端下位機(jī)設(shè)計

為了保證粉煤灰運輸，司機(jī)可以同步看到裝料的數(shù)量、時間、流量等相關(guān)參數(shù)，同時也為了防止軟件出現(xiàn)問題時發(fā)生現(xiàn)場業(yè)務(wù)癱瘓的情況，設(shè)備控制端還包括一臺控制端下位機(jī)，為系統(tǒng)提供了更大的容錯率，提高了安全可靠性[15]。圖5為下位機(jī)的操作界面。

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

3 結(jié)語

定量裝車控制系統(tǒng)采用B/S和C/S架構(gòu)，通過OPC服務(wù)實時獲取生產(chǎn)運輸現(xiàn)場各類設(shè)備的工作值及指標(biāo)，通過對現(xiàn)場設(shè)備的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)對下料的精準(zhǔn)把控，可以達(dá)到“量到即停”的效果。