1 引言
港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)（以下簡稱集控系統(tǒng)）的安全可靠性將直接影響到港口的經(jīng)濟效益。為此，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。
以PCC為核心的集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。該系統(tǒng)的實施，提高了港口貨物輸送的生產(chǎn)效率，降低了設(shè)備事故率并縮短了故障處理時間，還精簡了現(xiàn)場操作人員，提高了港口的整體經(jīng)濟效益。
2 集控系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和功能
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
作為傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品的有益補充－－ PCC（Programmable Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司(B&R)于1994年率先推出的。它與PLC（可編程序控制器）和IPC（工業(yè)控制計算機）相比，既具有PLC的高可靠性、堅固性、靈活性和易擴展性，同時又擁有IPC的運算能力強、實時性好、編程方便的特點，也就是說，它融合了PLC和IPC的優(yōu)勢，特別是在人機交互、軟件編程、調(diào)試環(huán)境及在線調(diào)試監(jiān)測等方面具有一定的優(yōu)勢。
自上世紀90年代末，可編程計算機控制器（PCC）技術(shù)進入我國自動化領(lǐng)域以來，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于我國的各類工業(yè)和其它行業(yè)，隨著國內(nèi)一些重要水電輔機企業(yè)在調(diào)速器和勵磁控制方面的廣泛應(yīng)用，其性能也得到越來越多的用戶青睞和認可。PCC技術(shù)已經(jīng)逐漸掀起了一股自動化技術(shù)創(chuàng)新的潮流。
由于它具備了許多獨特的優(yōu)勢，較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中大家普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便和經(jīng)濟等問題，使PCC正逐漸成為目前工業(yè)自動化領(lǐng)域中的最優(yōu)化選擇方案之一。基于通訊以及擴展能力方面的考慮，銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)選擇了貝加萊公司的PCC 2005系列可編程計算機控制器（采用高性能Pentium級CPU模塊）作為該系統(tǒng)的主要控制核心，同時使用了多臺2003系列緊湊、高速型PCC（CP474型CPU模塊）作為各現(xiàn)場控制分站的控制部件及遠程I/O，它們與其它現(xiàn)場控制/檢測設(shè)備、集中監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等配合，實現(xiàn)對該系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶輸送機全過程的監(jiān)控、監(jiān)測，構(gòu)成了一個性能優(yōu)良、操作方便的港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)。
PCC控制器主要包括CPU模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊等，作為主控原件它具有防潮、抗干擾能力強、現(xiàn)場易編程、易擴展，支持高級語言編程和基本免維護等優(yōu)點，并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件模塊化、自動檢測系統(tǒng)故障和遠程維護診斷等功能。此外，還可采用PCC自帶的通訊接口組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線及自由串口），實現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)通訊。
該集控系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場控制（主要含多個控制站及現(xiàn)場控制/檢測設(shè)備）和集中控制（主要含服務(wù)器、操作員站、工程師站、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏）兩大部分構(gòu)成。集中控制部分設(shè)于中央控制室,它與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議），集中控制與綜合操作臺的監(jiān)控上位機之間同樣也通過以太網(wǎng)（TCP/IP）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場控制站與傳感器之間通過現(xiàn)場總線進行連接(采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議)；現(xiàn)場控制部分承擔(dān)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。該系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)，在通訊距離長于1200米的兩個控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設(shè)置現(xiàn)場控制站。通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可對整個系統(tǒng)的設(shè)備進行監(jiān)視和集中控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 系統(tǒng)功能及特點
該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備有完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節(jié)及相關(guān)輔助環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)實現(xiàn)安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設(shè)備的安全。
監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可以在中控室操作員站上監(jiān)視和控制膠帶運輸機的生產(chǎn)過程，完成對皮帶運輸機生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現(xiàn)散貨皮帶運輸生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動化。該系統(tǒng)的主要功能及特點如下所述：
（1）實時運行參數(shù)監(jiān)測。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產(chǎn)工況與工藝參數(shù)，采用圖形、報表的形式來顯示系統(tǒng)的實時工況及目前產(chǎn)量、倉儲等。
（2）實時過程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動完成過程控制，或由操作員手動操作控制。
（3）歷史數(shù)據(jù)查詢。以上實時生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于服務(wù)器中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)重顯、歷史趨勢曲線分析，以及通過直方圖、餅圖等進行綜合分析。
（4）設(shè)備故障及模擬量超限報警。當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時，生產(chǎn)監(jiān)測及管理網(wǎng)絡(luò)同步顯示故障設(shè)備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障等功能。將該故障信息存入服務(wù)器中的故障信息數(shù)據(jù)庫，供以后離線統(tǒng)計分析用。
（5）優(yōu)化生產(chǎn)計劃。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定時將生產(chǎn)、經(jīng)營等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，制作計劃和生產(chǎn)完成情況的趨勢分析圖表，為今后的生產(chǎn)計劃提供參考；根據(jù)外運下達計劃和設(shè)備實際狀態(tài)、倉儲煤量，合理安排生產(chǎn)計劃和設(shè)備維修計劃，以最大限度地減少對生產(chǎn)的影響。
（6）選用先進的控制器，系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的可靠性。當(dāng)?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障時，井下部分仍可實現(xiàn)集控運行，距離雖遠但通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，可靠性高，人機界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。
（7）減少布線成本。由于大量采用遠距離通訊網(wǎng)絡(luò)，大大減少了電纜用量，降低了布線成本，節(jié)約了費用。控制器和網(wǎng)絡(luò)的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統(tǒng)擴展也十分方便，可隨時增加節(jié)點，并通過網(wǎng)絡(luò)在中控室在線修改程序。
2.3 服務(wù)器
該系統(tǒng)配置服務(wù)器一臺，承擔(dān)應(yīng)用服務(wù)器和實時及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器的綜合任務(wù)。在該服務(wù)器中存儲較復(fù)雜的算法和程序，處理復(fù)雜計算程序；在其中建立實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和故障信息數(shù)據(jù)庫，以存儲采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和故障信息，并在需要時調(diào)出歷史數(shù)據(jù)以供離線統(tǒng)計分析用。
2.4 操作員工作站
根據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)的功能，在監(jiān)控中心設(shè)置膠帶運輸系統(tǒng)操作員監(jiān)控工作站，它們的功能主要有：
（1）根據(jù)操作人員的不同崗位，設(shè)置不同的操作權(quán)限，各司其職；提供交互式全中文界面的操作平臺，實現(xiàn)各子系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)及工藝參數(shù)的直觀動態(tài)顯示；根據(jù)工藝流程及聯(lián)鎖關(guān)系分別實現(xiàn)各子系統(tǒng)的自動/手動/本地控制。
（2）實時設(shè)定各種運行、生產(chǎn)工藝參數(shù)；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)設(shè)備的運行參數(shù)及狀態(tài)，同時將各參數(shù)數(shù)據(jù)存貯在硬盤上，并將必要的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)傳感器的當(dāng)前狀態(tài)及測量數(shù)據(jù)；對各臺設(shè)備及重要傳感器的故障狀態(tài)實時報警，采用聲光報警方式，并且打印報警信息，同時將報警信息存貯入數(shù)據(jù)服務(wù)器，便于統(tǒng)一管理及以后對報警信息進行分析；隨時查詢、打印實時趨勢曲線以及規(guī)定的任意時間段內(nèi)的歷史趨勢曲線； 隨時查詢、打印規(guī)定的任意時段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)報表。
2.5 工程師工作站
工程師站除具有操作員工作站的一切功能（需授權(quán)）外，還具有以下功能：
（1）根據(jù)工藝的調(diào)整在線修改PCC控制器的應(yīng)用程序，以適應(yīng)新工藝的需要。
（2）將監(jiān)控系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，并輸入港口的信息管理系統(tǒng)中。
（3）設(shè)置彩色打印機，打印實時彩色畫面及彩色趨勢圖。
（4）當(dāng)某個子系統(tǒng)的操作員工作站發(fā)生故障時，可立即通過設(shè)定操作人員權(quán)限，將工程師站轉(zhuǎn)換成為該子系統(tǒng)的操作員工作站。
3 膠帶運輸機的控制和監(jiān)視
3.1設(shè)計原則和主要技術(shù)要求
該系統(tǒng)由膠帶運輸機、皮帶給料機等基本工藝設(shè)備組成，利用控制設(shè)備、通訊模塊以及打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、滅塵、速度、跑偏、料位等保護裝置,實現(xiàn)皮帶運輸機集中控制與監(jiān)測的要求。設(shè)計原則和主要技術(shù)要求如下：
（1）實現(xiàn)膠帶運輸機系統(tǒng)的集中監(jiān)控，實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示數(shù)據(jù)曲線，對重要信息記錄存盤。
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