Modicon M580在斗轮机无人值守远程堆取料中的应用

赵立新

关键词：堆取煤，智能，无人化，控制系统

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近年來，工控行业的技术发展非常迅速，PLC除了传统的逻辑控制外，技术正向着网络化，大型化、智能化方向发展，随着自动化技术的不断发展和计算机技术的飞速进步，自动化控制的概念也发生着巨大的变化。而通讯协议是制约各个厂商连接的瓶颈，施耐德现在推出了一项创新的PAC平台—— ModiconM580，自带的ePAC功能，完美的解决了通信问题，自上而下的标准以太网结构，让通信变得更简单，灵活和可靠。基于这种环境，各种各样不同的技术可以在以太网通信协议下进行组态和编程。上安电厂煤场无人化管控系统建设包括：斗轮堆取料机全自动系统四套（一二期煤场2台悬臂斗轮机、三期煤场2台悬臂斗轮机）、斗轮机设备改造、激光实时三维动态测量系统一套，煤场信息化管理系统一套，接口系统一套及针对无人值守及固定式盘煤仪改造进行的输煤程控室内相关控制系统、通信网络等的改造，视频监控系统实现监控无盲区、无死角。一二期煤场过去使用的控制系统是GE——9030，通信协议已严重落伍，并且配件也不好采购，所以决定采用施耐德Modicon M580替代。

一、Modicon M580概述

针对不同的应用，分为面向单机应用的标准型控制器Modicon M580 ePAC 和专业用于硬件冗余应用的高可用型控制Modicon 昆腾+ ePAC。Modicon ePAC 系统的设计基于开放的以太网技术，从而有效地优化了设备互连和通信。配合性能优越的X80 通用IO 平台可以完美实现系统的集成;强大的控制器提供更高水平的复杂网络通信、显示和应用控制的处理能力。Modicon M58充分体现了全集成自动化的特点，使得系统应用范围变广，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。

二、斗轮堆取料机介绍

斗轮堆取料机是一种连续取料和堆料的煤场机械，广泛用于大中型火力发电厂储煤场，是煤场机械的主要形式。它有连续运转的斗轮，并有回转、俯仰、行走等机构，组成一个完整的工作体系。堆取料机具有效率高、取储能力大、操作简单、结构先进和投资少等优点。

三、斗轮机自动堆取料工艺介绍

1、斗轮远程全自动取料作业

（1）操作人员在系统计划管理——实时计划信息操作界面上创建取料作业计划（人工输入），内容包括：储料场、煤种、作业量等信息，并通过操作画面把取料作业计划下发给中控服务器的后台主控程序。

（2）后台主控程序分析取料计划内容，计算取料作业的作业角度区域，切入点等取料指导参数，计算完成后生成取料任务指令，并显示在取料操作画面上。

（3）操作工确认取料控制指令，必要时可作修正，然后将控制指令下发到PLC。

（4）PLC收到控制指令，开始取料作业前的准备工作。

（5）大机到达目标地址，机上各机构准备完毕，取料作业准备就绪。

（6）地面流程启动，全自动取料作业开始。

（7）全自动取料过程控制。

（8）全自动取料结束。

2、斗轮远程全自动堆料作业

（1）操作人员在系统计划管理破折号实时计划信息操作界面上创建堆料计划，内容包括：储料场、煤种、堆高、作业量、起始地址、终止地址等信息，并通过操作画面将该堆料计划下发给中控服务器的后台主控程序。

（2）后台主控程序收到堆料作业计划后，分析作业内容并计算出合理的作业参数，包括每层具体作业参数设定等，将工作计划自动转换为PLC可接收的控制命令，并显示在画面上。

（3）操作工确认自动堆料操作画面上的堆料指令，必要时在画面上进行参数修正，最后下发到PLC。

（4）PLC收到堆料指令，开始进行作业前的准备工作。

（5）大机到达堆料作业的起始地址并且各机构准备完毕，堆料作业准备就绪。

（6）地面流程启动，全自动堆料作业开始。

（7）全自动堆料过程控制。

（8）全自动堆料结束。

四、控制系统设计

1、系统设计要求

为确保生产过程安全稳定地运行，提高控制与管理水平，发挥各装置的最大经济效益，提高劳动生产率，就要对斗轮机各装置的动作进行监控。

斗轮机要实现无人值守就需要对原来的斗轮机自动化系统进行改造，增加大量的传感器，就如同给斗轮机安装了大脑，眼睛，腿和手臂。比如斗轮机大车行走需要编码器测量，悬臂回转需要编码器测量，悬臂俯仰需要倾角传感器测量。悬臂左右回转都需要安装防碰撞装置。轮斗左右侧需要安装雷达料位计。悬臂胶带机上方安装流量计。大车行走和回转机构传动设备要改为可调速机构。

2、系统总体设计

上安电厂煤场无人化管控系统建设包括：斗轮堆取料机全自动系统四套（一二期煤场2台悬臂斗轮机、三期煤场2台悬臂斗轮机）、斗轮机设备改造、激光实时三维动态测量系统一套，煤场信息化管理系统一套，接口系统一套及针对无人值守及固定式盘煤仪改造进行的输煤程控室内相关控制系统、通信网络等的改造，视频监控系统实现监控无盲区、无死角。每个斗轮机需要一套PLC系统，PLC采用Modicon M580系列，共设立一个主站，一个本地扩展从站，一个远程从站（在司机室内），通过专用网关以Profibus-DP协议连接大车行走，回转变频器。大车行走编码器，回转编码器，俯仰倾角编码器。HMI通过以太网和PLC连接。PLC通过KEPserver在以太网协议下和远控系统相连。

3、网络通讯

工业光纤以太网：采用环网，远程工作站负责给现场PLC控制器下发命令和监控现场电控原件的逻辑动作。采用西门子公司的X204交换机实现网络设置。通讯速率： 100Mbps。

现场高速数据通讯网：负责PLC控制器主站与从站及远程I/O之间的数据通讯，选用了Profibus-DP通讯方式，其优点是适合实时性要求高、多个从站设备位置分散、快速周期性数据交换等场合。通讯速率：不小于10Mbps。

4、硬件配置

上安电厂无人值守斗轮机控制系统硬件采用施耐德的Modicon M580系统，电控室主站的CPU采用BMEP582040，以太网通信模块为BMENOC0301，Profibus-DP通信模块为TCSEGPA23F14F，电源与CPU配套使用，输入输出模块均采用X80系列完成数据采集及设备控制。

五、控制系统软件介绍

1、编程软件界面

本系統采用施耐德Unity Pro XL V13.0中文版软件对系统进行编程。各工程师站和操作员站工控机均预先安装Windows 10 企业版系统。为了保证工程师站对操作员站的下载，需要工程师站和操作员站有一个公共用户，同时工程师站需要以该公共用户登陆，操作员站则可以以任何用户登陆。

Unity Pro XL V13.0用户界面由如下构成：分为菜单栏（1），工具栏（2），项目浏览器（3），编辑器窗口（4），用于直接访问编辑器窗口的选项卡（5），信息窗口（6），状态栏（7）。

2、系统软件编程

Unity Pro XL编程可以使用ST、IL、FBD、SFC、LD多种语言进行编程，而本身自带的功能块几乎可以实现所有的控制功能。所以本程序中只有少量电机控制采用了自己编制的功能块，其他都采用标准库中的功能块。采用自带的功能块进行程序编制时，程序生成后，错误信息会自动在信息窗口中显现，在信息窗口点击错误信息后会自动跳转到错误界面手动进行修改，直至生成后无故障信息。

典型的自己编制的功能块，这是一个电动阀启停功能块;这个功能块可以在程序中反复调用，当遇到同类型的电磁阀时就可以调用这个功能块，只要在相应的管脚输入相对应的信号即可，而不必反复编程，减少了程序员的工作量，右边带有HMI的管脚信号可以和上位机数据库相连，然后把这些信号在上位机画面显示出来，把过程控制变得更容易监控。

3、监控画面设计

本系统中画面组态采用施耐德触摸屏编程软件Vijeo Designer Basic实现。在应用程序编制的过程中画面上的变量和编程软件中的变量连接好，报警也在功能块编制时一并编制，组态画面时同时需要把总体画面按照实际布局情况画好即可。

六、结论

整个斗轮机无人值守远程堆取料控制系统投入使用后性能稳定可靠、操作方便、自动化程度高、堆取煤稳定率都得到大幅度提高，操作工人工作环境大大改善，提高了生产效率，达到了预期效果。通过斗轮机无人值守远程堆取料控制、实施，进一步加深了对施耐德Modicon M580 自动化产品的了解。

参考文献：

[1] 斗轮机全自动作业系统流程设计介绍_20200106.pptx.

[2] 火电厂斗轮式堆取料机全自动作业流程-1.pdf

[3] 中盛博方PLC稳定运行技术方案及措施20191219.docx.

[4] 施耐德M580-catalog-16-CN.pdf.

[5] 施耐德M580硬件参考手册.pdf.