摘要：本文主要介紹了利用美國GE Fanuc系列90-30 PLC先進的編程性能和安裝配置簡單的特點，將其應用于某散貨港口裝卸自動化控制系統(tǒng)中，根據(jù)集散控制技術(shù)的理論，應用PLC網(wǎng)絡實現(xiàn)了對散貨裝卸設(shè)備的現(xiàn)場控制、電控室控制和中控室控制；并以GE FANUC CIMPLICITY HMI軟件為工具，設(shè)計了實時監(jiān)控軟件。
一、引言
散貨（如煤炭）裝卸效率是散貨港口考慮的主要問題之一。南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動化控制系統(tǒng)的對象一般由卸船機、帶式輸送機、堆取料機、裝船機等主要設(shè)備以及大塊分離器、除鐵器、核子秤等輔助設(shè)備構(gòu)成，這些設(shè)備運行在分散操作方式效率極低，無法集中控制和監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)與故障情況。常因流程下游設(shè)備故障而造成的堆煤、大塊來不及分離等現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重時可能造成帶式輸送機載煤過量而使皮帶損壞，這給輸煤設(shè)備的運行、維護帶來了困難，也造成了船舶裝卸時間長，船期延誤等不良后果。采用PLC控制，不僅能夠提高生產(chǎn)運行效率，而且為后期的維護和系統(tǒng)擴展提供很大的方便。
二、散貨裝卸自動化控制系統(tǒng)工藝和要求
采用系列90-30 PLC控制器成功地應用于南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動化控制系統(tǒng)中。該煤碼頭的裝卸作業(yè)過程控制全部由GE Fanuc系列90-30 PLC完成。圖1是南通華能電廠姚港煤碼頭的煤炭裝卸工藝流程圖，其工藝流程：
圖1、散貨港口輸煤工藝系統(tǒng)圖（1）直駁
即利用四臺卸船機將大型船舶裝載的煤炭卸至帶式輸送機上，經(jīng)帶式輸送機的輸送，由裝船機裝載運送至駁船（或用裝車機運送至陸地運輸工具），然后運送到用戶單位。
在煤炭碼頭的煤炭裝卸工藝中，直駁流程具體的設(shè)備使用情況見圖2：
圖2卸煤直駁工藝流程（2）倉儲
即經(jīng)由卸船機、皮帶機將散貨輸送至斗輪堆取料機，并將其儲存在堆場上。具體的設(shè)備使用情況見圖3：
圖3煤炭儲運工藝流程（3）駁運
即由斗輪堆取料機將堆場的庫存煤料取出，輸送至兩臺裝船機，卸煤到駁船上后駁運至工礦企業(yè)。具體的設(shè)備使用情況見圖4：
圖4裝煤駁運工藝流程為了實現(xiàn)對上述裝卸流程的控制以及其流程設(shè)備的控制，按照開放式集散控制原則，采用圖5所示的裝卸控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)三個層次的監(jiān)控。
（1）過程控制級
現(xiàn)場層可采用一主站三從站的方式，以系列90-30 PLC程控器通過Fieldbus（現(xiàn)場總線）或者RIO net (遠程輸入/輸出)主從式網(wǎng)絡，把三個遠程站（從站）與本地站（主站）聯(lián)接起來，構(gòu)成對現(xiàn)場設(shè)備的基本控制。主站負責整個輸煤系統(tǒng)的控制及各分站的調(diào)度、通信等，也處理適當?shù)腎/O系統(tǒng)。各分站負責給定區(qū)域內(nèi)設(shè)備的控制。
（2）控制管理級
即以監(jiān)控工作站和工控網(wǎng)絡構(gòu)成，與PLC程控器相連，實現(xiàn)對流程設(shè)備的上位機監(jiān)控。上位系統(tǒng)由監(jiān)控微機組成，在工控組態(tài)軟件支持下，通過應用程序完成與PLC的通信，以圖形方式動態(tài)顯示生產(chǎn)流程和設(shè)備狀態(tài)等信息，并可以通過操作界面，實施對過程控制級的控制?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)應用程序處理后，匯總成報表格式，可供工作人員查閱。
圖5 散貨港口裝卸控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖（3）生產(chǎn)管理級
生產(chǎn)管理系統(tǒng)由服務器以及配置在各管理部門的終端來完成。生產(chǎn)管理的功能，是生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)處理，形成各職能部門所需的信息文件，供統(tǒng)計分析之用，為管理決策提供數(shù)據(jù)。在這一級上，從安全性考慮，管理計算機不能直接干預裝卸控制系統(tǒng)。
三、硬件配置（1）由高速以太網(wǎng)連接網(wǎng)絡服務器和控制臺的三臺監(jiān)控工作站，即把上層信息管理級與下層控制管理級連接起來。通過網(wǎng)絡交換機，可與其它管理計算機，以及InTranet連接。
（2）由工業(yè)以太網(wǎng)連接控制臺的三臺監(jiān)控工作站和PLC設(shè)備，即把控制管理級與過程控制級連接起來。
（3）在現(xiàn)場控制級為實現(xiàn)分散控制，增加了Profibus現(xiàn)場總線和無線以太網(wǎng)。
控制臺上的三臺監(jiān)控工作站，作為DCS的控制管理級，雙以太網(wǎng)卡。一塊網(wǎng)口與上層的信息以太網(wǎng)連接；另一塊網(wǎng)卡與下層的控制以太網(wǎng)連接。監(jiān)控計算機不僅起到了控制管理的功能，而且也作為上、下層網(wǎng)絡的網(wǎng)關(guān)。
以太網(wǎng)應用TCP/IP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡上的PC機（監(jiān)控計算機、服務器、管理計算機等）可以在WINDOWS操作系統(tǒng)的Internet協(xié)議（TCP/IP）屬性中設(shè)定IP地址。網(wǎng)絡上的系列90-30 PLC可編程程序控制器（PLC）可以在GE編程軟件CIMPLICITY中設(shè)定其IP地址。
由可編程序控制器（PLC）及其近程外圍控制按鈕、觸摸屏等組成現(xiàn)場控制級。GE系列90-30 PLC設(shè)一主站、三從站。開關(guān)量輸入（DI）512點，開關(guān)量輸出（DO）272點，模擬量輸入（AI）93點，模擬量輸出（AO）40點。
主站：見圖6，在PLC屏結(jié)構(gòu)圖上可以看到，主站上的模塊從左到右依次排列。 PLC的CPU 采用具有加強型ETHERNET（以太網(wǎng)）功能的CPU364，通過該ETHERNET可讀取從站3 ENIU所帶的I/O數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程信號采集；主站的PROFIBUS模塊與從站2 PNIU通過PROFIBUS_DP進行信息交換；主站第一個RACK通過擴展電纜帶有擴展槽，作為從站1；作為PLC的人機操作界面，觸摸屏與PLC主站直接連接，用PLC的編程口與PLC進行GENIUS通訊，聯(lián)系并交換數(shù)據(jù)，實際系統(tǒng)都裝在一個控制屏內(nèi)，即PLC屏。
（2）從站1：從站1是主站的擴展站。
（3）從站2：從站2通過ProfiBus連接主站。
（4）從站3：從站3通過工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）連接主站。
（5）從站4：從站4是設(shè)備模擬器的接口電路通過ProfiBus連接主站。
圖6 PLC屏結(jié)構(gòu)圖四、 監(jiān)控界面
系統(tǒng)的監(jiān)控界面如圖7所示：
圖7 監(jiān)控界面五、 結(jié)束語
應用GE Fanuc公司的系列90-30 PLC先進的控制技術(shù)，解決了散貨港口自動化運輸系統(tǒng)的工程實際問題。在實際運行中明顯提高了散貨港口自動化運輸系統(tǒng)的控制性能和可靠性，提升了散貨港口的技術(shù)檔次。目前，在南通華能電廠姚港煤碼頭運行良好，提高了其運行效率。
（¹上海海事大學 航運技術(shù)與控制工程實驗室 200135 高迪駒）
（²上海寶鋼股份有限公司 201900劉寶棟）
