散裝發(fā)貨系統(tǒng)集中控制的數(shù)字化升級(jí)

劉保平，孫書強(qiáng)，王躍峰，李鵬飛

我公司原有熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)、水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)各自相對(duì)獨(dú)立，包括1臺(tái)熟料散裝轉(zhuǎn)子秤、4臺(tái)水泥散裝科氏力秤。5臺(tái)秤均配備人機(jī)交互觸控屏，用于實(shí)現(xiàn)人工定點(diǎn)放料。各發(fā)貨點(diǎn)合計(jì)配備了5名外協(xié)人員，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)人工定點(diǎn)裝車。由于工作人員的能力各有差異，信息溝通偶有差錯(cuò)，調(diào)度管理不暢，影響了發(fā)貨效率。

為了節(jié)省人力成本，提升發(fā)貨效率，實(shí)現(xiàn)發(fā)貨現(xiàn)場(chǎng)無人值守，2020年8月，我公司對(duì)熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)和水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，提出了整合集中控制的數(shù)字化升級(jí)改造方案，即，在包裝區(qū)域附近新建一間發(fā)貨集中控制室（又稱發(fā)貨中心），包含原兌票人員調(diào)度職能，將熟料散裝、水泥散裝發(fā)貨及包裝調(diào)灰流程進(jìn)行整合集中控制，實(shí)行一體化發(fā)貨管理。2020年11月實(shí)施改造并投入使用，取得了較好效果。

1 散裝發(fā)貨集中控制系統(tǒng)的建立

1.1 建立水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制

原有水泥散裝發(fā)貨系統(tǒng)由4臺(tái)科氏力秤及相應(yīng)4臺(tái)軟連接伸縮升降機(jī)組成，升降機(jī)系統(tǒng)集成了單機(jī)收塵器。水泥散裝升降機(jī)所需控制信號(hào)包括：升驅(qū)動(dòng)、降驅(qū)動(dòng)、備妥、故障報(bào)警（電機(jī)熱過載）、收塵驅(qū)動(dòng)、收塵運(yùn)行。水泥散裝科氏力秤信號(hào)控制設(shè)備為PLC控制器。公司DCS控制系統(tǒng)為施耐德UnityPro+Citect架構(gòu)，未與外網(wǎng)連接。

為實(shí)現(xiàn)水泥散裝各發(fā)貨點(diǎn)的集中控制，原設(shè)想將4臺(tái)水泥散裝科氏力秤及升降機(jī)的控制同時(shí)整合至DCS系統(tǒng)，但由于科氏力秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制程序邏輯復(fù)雜，且1號(hào)秤、3號(hào)秤PLC控制器采用西門子S7-200型控制器，2號(hào)秤、4號(hào)秤采用S7-1200型控制器，控制器型號(hào)不同，同時(shí)整合進(jìn)DCS所需控制信號(hào)多，需在上位機(jī)添加額外控制程序且程序復(fù)雜。另外，原有水泥散裝秤信號(hào)控制系統(tǒng)為方便技術(shù)人員實(shí)時(shí)在線監(jiān)護(hù)及后續(xù)程序更新，其通訊網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)相連接，如果將水泥散裝秤控制與DCS系統(tǒng)進(jìn)行整合，還希望保持公司DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接與外網(wǎng)相分離，需增設(shè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

經(jīng)分析研究，決定另辟蹊徑，將水泥散裝升降機(jī)開關(guān)量控制信號(hào)于現(xiàn)場(chǎng)并入水泥散裝秤PLC控制器預(yù)留的DI、DO接口，升降機(jī)的控制由水泥散裝秤PLC控制器執(zhí)行；在發(fā)貨中心單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，安裝西門子WinCC上位機(jī)軟件，通過網(wǎng)線以Modbus協(xié)議連接4臺(tái)水泥散裝秤的PLC控制器，以此實(shí)現(xiàn)4臺(tái)水泥散裝秤及升降機(jī)的集中遠(yuǎn)程控制；4臺(tái)水泥散裝秤的PLC控制器通過網(wǎng)線就近集中連接光電交換機(jī)，PLC控制器至發(fā)貨中心的主通道信號(hào)通過光電交換機(jī)的轉(zhuǎn)換由光纖傳輸，保證信號(hào)的低延遲和高穩(wěn)定性。水泥散裝控制所需變量信息及水泥散裝控制運(yùn)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(yùn)行界面

1.2 建立熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制

原有熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)由1臺(tái)轉(zhuǎn)子秤及相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)伸縮升降機(jī)組成。為了實(shí)現(xiàn)熟料散裝發(fā)貨系統(tǒng)的集中控制，因?yàn)槭炝仙⒀b升降機(jī)的信號(hào)控制與水泥散裝升降機(jī)的信號(hào)控制略有差異，無法將熟料散裝升降機(jī)的開關(guān)量控制信號(hào)并入熟料散裝秤控制器，需采用有別于水泥散裝升降機(jī)集中控制的策略。

熟料散裝轉(zhuǎn)子秤控制儀表采用國(guó)產(chǎn)WEIGH FEEDER LCXKⅢ型，為實(shí)現(xiàn)對(duì)其遠(yuǎn)程控制，需采集其驅(qū)動(dòng)、備妥、運(yùn)行、故障報(bào)警、給定流量（t/h）信號(hào)及反饋流量（t/h）信號(hào)，其中驅(qū)動(dòng)信號(hào)為長(zhǎng)驅(qū)信號(hào)，反饋流量信號(hào)用于傳送至上位機(jī)進(jìn)行積分累積，實(shí)現(xiàn)裝車量統(tǒng)計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)熟料散裝發(fā)貨與水泥散裝發(fā)貨的集中控制，需進(jìn)行熟料散裝秤控制RS485串口與Mod?bus通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換并敷設(shè)專用網(wǎng)線，由于熟料散裝秤控制柜距離發(fā)貨中心較遠(yuǎn)，中間隔有配料庫(kù)、水泥磨房、散裝庫(kù)，線路敷設(shè)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(wǎng)線接入配料站DCS，無需復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)了熟料散裝秤、升降機(jī)控制和包裝調(diào)灰系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的整合和集中遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制程序編制的難點(diǎn)在于物料流量的累計(jì)、暫停及補(bǔ)裝，可通過調(diào)用Unity Pro自帶的PID控制模塊，增添相關(guān)輔助控制邏輯而實(shí)現(xiàn)，相關(guān)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(diào)灰流程如圖3所示。

圖3 熟料散裝控制及包裝調(diào)灰流程

1.3 建立無人值守自助發(fā)貨系統(tǒng)

水泥散裝發(fā)貨及熟料散裝發(fā)貨集中控制系統(tǒng)建立后，貨車司機(jī)可在手機(jī)訂貨APP上下單，持隨機(jī)生成的7位提貨數(shù)字碼，在銷售開票大廳開卡機(jī)上輸入提貨碼，自助辦理提貨磁卡；持卡通過車牌識(shí)別門禁進(jìn)入廠區(qū)，在路線導(dǎo)航標(biāo)志、停車標(biāo)志及語(yǔ)音提示指引下，進(jìn)入相應(yīng)物料運(yùn)輸車道內(nèi)裝車。裝車完成后，到無人值守計(jì)量衡處自助結(jié)算，在出廠門衛(wèi)處收卡機(jī)上完成收卡、打印小票，經(jīng)門禁識(shí)別后駛離廠區(qū)，兌票員可通過發(fā)貨中心3號(hào)計(jì)算機(jī)（見圖4）實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)貨全過程。

圖4 發(fā)貨中心監(jiān)控終端

水泥廠四座水泥庫(kù)包含P·C42.5、P·O42.5及P·O52.5三個(gè)水泥品種，為避免提貨車輛裝錯(cuò)，每個(gè)水泥庫(kù)庫(kù)底均設(shè)置一卡通刷卡器，只有讀卡信息與水泥庫(kù)放料口水泥品種一致方可放料。為實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)與遠(yuǎn)程放料系統(tǒng)聯(lián)鎖對(duì)接，利用一卡通刷卡信息核對(duì)成功后提供的無源常開控制點(diǎn)，將其與熟料散裝、水泥散裝升降筒驅(qū)動(dòng)信號(hào)連鎖。只有當(dāng)司機(jī)所持磁卡信息與對(duì)應(yīng)水泥庫(kù)放料口水泥品種一致時(shí)，相應(yīng)升降筒才會(huì)落下，避免了放料品種的混亂出錯(cuò)。

發(fā)貨中心控制終端由4臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，其中，1號(hào)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)水泥散裝發(fā)貨，2號(hào)負(fù)責(zé)熟料散裝發(fā)貨及包裝調(diào)灰，3號(hào)負(fù)責(zé)一卡通系統(tǒng)運(yùn)行，4號(hào)負(fù)責(zé)操作員日常辦公。1號(hào)、3號(hào)及4號(hào)計(jì)算機(jī)接入外網(wǎng)，2號(hào)接入公司DCS內(nèi)網(wǎng)。為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及后續(xù)擴(kuò)展需求，計(jì)算機(jī)硬件CPU選用10代I5英特爾處理器，內(nèi)存儲(chǔ)器容量8GB，機(jī)械硬盤容量1TB，圖形處理選用集成顯卡。發(fā)貨中心控制終端整體運(yùn)行畫面如圖4所示。

1.4 建立視頻語(yǔ)音對(duì)講及視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)發(fā)貨中心操作員與司機(jī)的實(shí)時(shí)音視頻通信，在發(fā)貨中心設(shè)置1臺(tái)音視頻通訊對(duì)講主機(jī)，在各發(fā)貨現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置8臺(tái)對(duì)講從機(jī)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一單獨(dú)聯(lián)系及同時(shí)廣播視頻通訊功能，用以指導(dǎo)司機(jī)規(guī)范裝車。視頻語(yǔ)音對(duì)講主、從機(jī)運(yùn)行畫面見圖5。

圖5 視頻語(yǔ)音對(duì)講主從機(jī)運(yùn)行畫面

視頻語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)是基于數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)講廣泛使用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將音視頻信號(hào)以IP包的協(xié)議形式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上傳送，是一套純數(shù)字傳輸?shù)碾p向音頻擴(kuò)音和單雙向視頻傳輸?shù)木C合系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)存在的音質(zhì)不佳、維護(hù)管理復(fù)雜、傳輸距離短、互動(dòng)性差、只有聲音沒有畫面等問題。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)貨中心對(duì)發(fā)貨現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)掌控，在水泥庫(kù)下料口（包含庫(kù)底氣動(dòng)閘板閥、弧形流量閥、破碎閥及分料斜槽口）、車道前后、設(shè)備易出問題的地方及“跑冒滴漏”易發(fā)地，安裝高清廣角攝像頭，在發(fā)貨中心內(nèi)設(shè)置集中監(jiān)控顯示屏。通過攝像頭和顯示屏，向操作員實(shí)時(shí)反饋發(fā)貨現(xiàn)場(chǎng)信息，輔助遠(yuǎn)程控制，同時(shí)將發(fā)貨區(qū)域的監(jiān)控并入公司生產(chǎn)總監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭較多，監(jiān)控系統(tǒng)IP地址分配復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，采用智能型交換機(jī)替換了原有“傻瓜”式交換機(jī)，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量及系統(tǒng)安全運(yùn)行強(qiáng)度。視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面見圖6。

圖6 視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面

2 系統(tǒng)試運(yùn)行及優(yōu)化

2.1 散裝升降頭的控制優(yōu)化

系統(tǒng)改造升級(jí)完成后，進(jìn)行了兩個(gè)月的試運(yùn)行。試運(yùn)行期間，由于現(xiàn)場(chǎng)4個(gè)水泥庫(kù)裝車量較大，操作員需緊盯現(xiàn)場(chǎng)散裝升降頭監(jiān)控畫面，根據(jù)畫面顯示的裝車口位置頻繁調(diào)整散裝升降頭。調(diào)整后，如果兩者之間的相對(duì)位置還有少量偏差，需由司機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)配合微調(diào)散裝升降頭位置。裝車完成后，再由操作員遠(yuǎn)程完成散裝升降頭上升提起動(dòng)作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

針對(duì)此問題，在現(xiàn)場(chǎng)裝車口開蓋處增設(shè)三聯(lián)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(lián)鎖。優(yōu)化后，由裝車司機(jī)即可完成散裝升降頭與裝車口的對(duì)接及裝車完成后的提升工作，大大提升了裝車效率。

2.2 庫(kù)底水泥下料口的控制優(yōu)化

在試運(yùn)行期間，有一段時(shí)間的連陰雨，庫(kù)底水泥灰因受潮頻繁結(jié)塊，致使卸料閥門下料不暢，秤體流量頻繁＜50t/h，嚴(yán)重影響計(jì)量精度，經(jīng)常需人工打開弧形流量閥前端工作口清理結(jié)塊。為解決此問題，經(jīng)研究，在庫(kù)底水泥下料口手動(dòng)閘板閥下方，安裝立式塊料破碎機(jī)，破碎機(jī)轉(zhuǎn)子上布置放射狀的破碎爪，破碎爪撥動(dòng)塊狀物料通過柵格，破碎機(jī)將塊狀物料破碎。

為實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)安全控制，將塊料破碎機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制信號(hào)接入DCS系統(tǒng)，由發(fā)貨中心操作員遠(yuǎn)程控制。上位機(jī)程序的編制利用反饋的電流信號(hào)作為判斷條件，當(dāng)有些塊狀物料無法破碎而卡住破碎機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，運(yùn)行電流超過額定電流值，畫面自動(dòng)報(bào)警并發(fā)出反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)破碎機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器釋放，反轉(zhuǎn)接觸器吸合并反向轉(zhuǎn)動(dòng)，將無法破碎的物料推開，延時(shí)5s后再正向轉(zhuǎn)動(dòng)。

塊料破碎機(jī)的遠(yuǎn)程控制與破碎機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)電機(jī)保護(hù)器相結(jié)合，可有效保護(hù)破碎機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，避免大塊物料卡住破碎閥導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)保護(hù)器頻繁動(dòng)作。

經(jīng)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(jì)量精度，大大減少了人工清堵的次數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化升級(jí)后的發(fā)貨系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了發(fā)貨現(xiàn)場(chǎng)的無人值守，投入運(yùn)行以來，有效提高了發(fā)貨效率，節(jié)省了人力成本。系統(tǒng)升級(jí)改造的投入少，所需相關(guān)硬件、軟件均可從市場(chǎng)采購(gòu)，硬件部分安裝簡(jiǎn)便，軟件配置及程序邏輯編制部分及隨后的調(diào)試工作可由公司DCS工程師、網(wǎng)絡(luò)管理員完成。