摘  要：可編程計算機控制器（PCC）作為奧地利貝加萊公司早在1994年就推出的一代獨特的硬件平臺，是對傳統PLC功能的極大提升，其配置的靈活性、平臺的開(kāi)放性以及高度智能化使復雜的控制功能得以完美地實(shí)現。

　　本文介紹了該PCC在安徽銅陵港口膠帶運輸機集控系統中的應用。配合港口貨物運輸工藝，設置了一個(gè)控制中心和多個(gè)現場(chǎng)控制站，采用以主控PCC為控制核心的集控系統與調度電話(huà)系統和工業(yè)電視系統相結合，構成一個(gè)完整的操作、調度、監視網(wǎng)絡(luò )系統，以實(shí)現對整個(gè)膠帶運輸機系統的遙測、遙信和遙控，從而大大地提高了生產(chǎn)效率和安全性。
 
　　關(guān)鍵詞：PCC系統； 集中監控； 膠帶運輸機； 貝加萊自動(dòng)化

　　中圖分類(lèi)號：TP29       文獻標識碼：B   

　　Abstract: Programmable Computer Controller (PCC), as a generation of particular hardware platform released by B&R Company in Austria as long ago as 1994, has remarkably upgraded the functions of traditional PLC. It can perfectly realize the complex control functions due to its flexibility of the system configuration, openness of the platform and the high intelligentization.

　　This paper introduces the application of PCC in the centralized monitoring and control system (CMCS) for belt conveyors in Tongling harbor of Anhui Province. Coordinating with the harbor merchandise transportation process, a control center and multiple site control stations are set up, the designer applies the centralized monitoring and control system in which the main PCC as the control core and combining the CMCS with the dispatching telephone system and the industry TV system to constitute a complete operating, dispatching, and monitoring network system. So that the remote measurement, remote communication and remote control of the entire belt conveyor system are implemented; thus the production efficiency and safety are improved. 

　　Keywords: PCC System; Centralized Monitoring and Control; Belt Conveyor; B&R Automation

　　1 引言

　　港口膠帶運輸機集中監視控制系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)集控系統）的安全可靠性將直接影響到港口的經(jīng)濟效益。為此，實(shí)現系統的綜合保護和集中監控，是十分必要的。

　　以PCC為核心的集控系統與調度電話(huà)系統、工業(yè)電視系統一起，構成一個(gè)完整的操作、調度、監視網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現對整個(gè)系統的遙測、遙信、遙控。該系統的實(shí)施，提高了港口貨物輸送的生產(chǎn)效率，降低了設備事故率并縮短了故障處理時(shí)間，還精簡(jiǎn)了現場(chǎng)操作人員，提高了港口的整體經(jīng)濟效益。
　　
　　2 集控系統及其數據通訊網(wǎng)絡(luò )的構成和功能

　　2.1 系統構成

　　作為傳統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(shí)又擁有IPC的運算能力強、實(shí)時(shí)性好、編程方便的特點(diǎn)，也就是說(shuō)，它融合了PLC和IPC的優(yōu)勢，特別是在人機交互、軟件編程、調試環(huán)境及在線(xiàn)調試監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(jìn)入我國自動(dòng)化領(lǐng)域以來(lái)，已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應用于我國的各類(lèi)工業(yè)和其它行業(yè)，隨著(zhù)國內一些重要水電輔機企業(yè)在調速器和勵磁控制方面的廣泛應用，其性能也得到越來(lái)越多的用戶(hù)青睞和認可。PCC技術(shù)已經(jīng)逐漸掀起了一股自動(dòng)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(wèn)題，使PCC正逐漸成為目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的最優(yōu)化選擇方案之一?；谕ㄓ嵰约皵U展能力方面的考慮，銅陵港口膠帶運輸機集控系統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）作為該系統的主要控制核心，同時(shí)使用了多臺2003系列緊湊、高速型PCC（CP474型CPU模塊）作為各現場(chǎng)控制分站的控制部件及遠程I/O，它們與其它現場(chǎng)控制/檢測設備、集中監控系統和電源系統等配合，實(shí)現對該系統內多條皮帶輸送機全過(guò)程的監控、監測，構成了一個(gè)性能優(yōu)良、操作方便的港口膠帶運輸機集中監視控制系統。

　　PCC控制器主要包括CPU模塊、數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數器模塊等，作為主控原件它具有防潮、抗干擾能力強、現場(chǎng)易編程、易擴展，支持高級語(yǔ)言編程和基本免維護等優(yōu)點(diǎn)，并能夠實(shí)現軟件模塊化、自動(dòng)檢測系統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據傳輸網(wǎng)絡(luò )（以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)及自由串口），實(shí)現不同方式的數據通訊。

　　該集控系統采用分布式控制結構，由現場(chǎng)控制（主要含多個(gè)控制站及現場(chǎng)控制/檢測設備）和集中控制（主要含服務(wù)器、操作員站、工程師站、監控中心和監視屏）兩大部分構成。集中控制部分設于中央控制室,它與現場(chǎng)控制站之間的數據通訊采用以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議），集中控制與綜合操作臺的監控上位機之間同樣也通過(guò)以太網(wǎng)（TCP/IP）實(shí)現數據通訊；現場(chǎng)主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現數據通訊；現場(chǎng)控制站與傳感器之間通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行連接(采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議)；現場(chǎng)控制部分承擔對現場(chǎng)設備的控制和數據采集任務(wù)。該系統的通訊網(wǎng)絡(luò )主要采用工業(yè)以太網(wǎng)，在通訊距離長(cháng)于1200米的兩個(gè)控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設置現場(chǎng)控制站。通過(guò)監控網(wǎng)絡(luò )，可對整個(gè)系統的設備進(jìn)行監視和集中控制。其系統結構如圖1所示。

　　2.2 系統功能及特點(diǎn)

　　該系統采用實(shí)時(shí)監控網(wǎng)絡(luò )結構，具備有完善的生產(chǎn)監控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節及相關(guān)輔助環(huán)節的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統進(jìn)行遠程集中監控，同時(shí)配合工業(yè)電視系統實(shí)現安全圖像監視，以確保人員及設備的安全。

　　監控系統實(shí)施后，操作員可以在中控室操作員站上監視和控制膠帶運輸機的生產(chǎn)過(guò)程，完成對皮帶運輸機生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節的“遙測、遙信和遙控”，實(shí)現散貨皮帶運輸生產(chǎn)系統的綜合自動(dòng)化。該系統的主要功能及特點(diǎn)如下所述：

　?。?）實(shí)時(shí)運行參數監測。各監控系統實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)工況與工藝參數，采用圖形、報表的形式來(lái)顯示系統的實(shí)時(shí)工況及目前產(chǎn)量、倉儲等。

　?。?）實(shí)時(shí)過(guò)程控制。分析采集的參數，各系統自動(dòng)完成過(guò)程控制，或由操作員手動(dòng)操作控制。

　?。?）歷史數據查詢(xún)。以上實(shí)時(shí)生產(chǎn)監測數據均可存貯于服務(wù)器中的生產(chǎn)數據歷史數據庫中，可實(shí)現歷史數據重顯、歷史趨勢曲線(xiàn)分析，以及通過(guò)直方圖、餅圖等進(jìn)行綜合分析。

　?。?）設備故障及模擬量超限報警。當設備故障或模擬量超限時(shí)，生產(chǎn)監測及管理網(wǎng)絡(luò )同步顯示故障設備名稱(chēng)，并可實(shí)現語(yǔ)音報警、實(shí)時(shí)打印故障等功能。將該故障信息存入服務(wù)器中的故障信息數據庫，供以后離線(xiàn)統計分析用。

　?。?）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據庫，定時(shí)將生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等數據存入數據庫中，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；根據外運下達計劃和設備實(shí)際狀態(tài)、倉儲煤量，合理安排生產(chǎn)計劃和設備維修計劃，以最大限度地減少對生產(chǎn)的影響。

　?。?）選用先進(jìn)的控制器，系統的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數據處理速度快。采用全分布式控制結構，系統具有較高的可靠性。當地面部分出現控制故障時(shí)，井下部分仍可實(shí)現集控運行，距離雖遠但通訊網(wǎng)絡(luò )速度快，可靠性高，人機界面直觀(guān)友好，操作簡(jiǎn)便，功能齊全。

　?。?）減少布線(xiàn)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(xiàn)成本，節約了費用?？刂破骱途W(wǎng)絡(luò )的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統擴展也十分方便，可隨時(shí)增加節點(diǎn)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )在中控室在線(xiàn)修改程序。

　　2.3 服務(wù)器

　　該系統配置服務(wù)器一臺，承擔應用服務(wù)器和實(shí)時(shí)及歷史數據服務(wù)器的綜合任務(wù)。在該服務(wù)器中存儲較復雜的算法和程序，處理復雜計算程序；在其中建立實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫和故障信息數據庫，以存儲采集到的實(shí)時(shí)數據、歷史數據和故障信息，并在需要時(shí)調出歷史數據以供離線(xiàn)統計分析用。

　　2.4 操作員工作站

　　根據監控子系統的功能，在監控中心設置膠帶運輸系統操作員監控工作站，它們的功能主要有：

　?。?）根據操作人員的不同崗位，設置不同的操作權限，各司其職；提供交互式全中文界面的操作平臺，實(shí)現各子系統設備運行狀態(tài)及工藝參數的直觀(guān)動(dòng)態(tài)顯示；根據工藝流程及聯(lián)鎖關(guān)系分別實(shí)現各子系統的自動(dòng)/手動(dòng)/本地控制。

    （2）實(shí)時(shí)設定各種運行、生產(chǎn)工藝參數；實(shí)時(shí)監視各子系統設備的運行參數及狀態(tài)，同時(shí)將各參數數據存貯在硬盤(pán)上，并將必要的數據上傳至數據服務(wù)器；實(shí)時(shí)監視各子系統傳感器的當前狀態(tài)及測量數據；對各臺設備及重要傳感器的故障狀態(tài)實(shí)時(shí)報警，采用聲光報警方式，并且打印報警信息，同時(shí)將報警信息存貯入數據服務(wù)器，便于統一管理及以后對報警信息進(jìn)行分析；隨時(shí)查詢(xún)、打印實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)以及規定的任意時(shí)間段內的歷史趨勢曲線(xiàn)； 隨時(shí)查詢(xún)、打印規定的任意時(shí)段內的歷史數據報表。

　　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）外，還具有以下功能：

　?。?）根據工藝的調整在線(xiàn)修改PCC控制器的應用程序，以適應新工藝的需要。

　?。?）將監控系統中有關(guān)數據進(jìn)行轉換，并輸入港口的信息管理系統中。

　?。?）設置彩色打印機，打印實(shí)時(shí)彩色畫(huà)面及彩色趨勢圖。

　?。?）當某個(gè)子系統的操作員工作站發(fā)生故障時(shí)，可立即通過(guò)設定操作人員權限，將工程師站轉換成為該子系統的操作員工作站。

　　3 膠帶運輸機的控制和監視

　　3.1設計原則和主要技術(shù)要求

　　該系統由膠帶運輸機、皮帶給料機等基本工藝設備組成，利用控制設備、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(shí)現皮帶運輸機集中控制與監測的要求。設計原則和主要技術(shù)要求如下：

　?。?）實(shí)現膠帶運輸機系統的集中監控，實(shí)時(shí)監控設備狀態(tài)和運行參數，并顯示數據曲線(xiàn)，對重要信息記錄存盤(pán)。

　?。?）控制方式設有集控自動(dòng)/集控手動(dòng)/就地三種，它們之間可互相轉換。正常生產(chǎn)時(shí)，使用集控自動(dòng)方式，設備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺自動(dòng)啟停；使用集控手動(dòng)方式時(shí)，可在中央控制臺操作各設備，但不具備閉鎖和聯(lián)動(dòng)關(guān)系；選擇就地方式時(shí)，在現場(chǎng)直接操作有關(guān)設備。啟動(dòng)設備前由集控臺發(fā)出預告信號，30秒后，如果現場(chǎng)設備均滿(mǎn)足集控自動(dòng)啟動(dòng)條件，設備將按順序自動(dòng)啟動(dòng)?，F場(chǎng)信號箱設有起動(dòng)/停車(chē)按鈕，可用停車(chē)按鈕停止上述啟動(dòng)過(guò)程。如果設備由集控啟動(dòng)，控制系統接收到現場(chǎng)停車(chē)信號后，可作急停處理，實(shí)施故障停車(chē)操作程序。

　?。?）按有關(guān)“技術(shù)規程”，膠帶運輸機必須裝設拉線(xiàn)開(kāi)關(guān)、跑偏保護、低速保護等裝置，這些信號均接入集控系統，參與設備的緊急停車(chē)和閉鎖停車(chē)控制。對設備故障和工藝參數的異常狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)報警，并發(fā)出聲光警示信號。一般故障只報警，但當發(fā)生現場(chǎng)設備非正常停車(chē)或嚴重故障時(shí)，故障設備及其上游設備緊急停車(chē)，下游設備順物料流動(dòng)方向延時(shí)閉鎖停車(chē)。

　　3.2主要功能

　?。?）在每臺設備機頭旁均設有就地操作箱，箱上裝有工作方式轉換開(kāi)關(guān)及就地起/停鈕；所有膠帶運輸機上的給煤點(diǎn)均設置堆煤保護和縱向撕裂保護裝置，以防止膠帶機事故的擴大；所有膠帶運輸機均設有兩級跑偏開(kāi)關(guān)，每隔約50米設置一對跑偏開(kāi)關(guān)，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車(chē)；所有膠帶運輸機均設拉線(xiàn)開(kāi)關(guān)，用于緊急情況下的停車(chē)，急停拉線(xiàn)開(kāi)關(guān)的安裝間距均按50米進(jìn)行配置，并可擴展下皮帶的跑偏保護，以保證設備和人身安全；擴音電話(huà)采用新型的選撥電話(huà)系統，安裝間距按200米進(jìn)行配置。

　?。?）水平膠帶運輸機的拉緊裝置采用液壓調節方式，開(kāi)誠公司提供一套膠帶機的松帶檢測傳感器［8］，由PCC控制完成膠帶機的張力自動(dòng)調節功能； 在皮帶機頭設置堆料傳感器，以防止皮帶堆料事故的發(fā)生；在皮帶機上設置皮帶速度傳感器，以檢測皮帶的超速及打滑狀態(tài)；在皮帶廊道設置煙霧傳感器，檢測皮帶廊道的煙霧濃度以防止火災事故的發(fā)生；在皮帶機的主滾筒設置溫度傳感器，實(shí)時(shí)檢測滾筒的溫度，并配備自動(dòng)噴水裝置，當滾筒超溫時(shí)實(shí)施自動(dòng)噴水以對主滾筒進(jìn)行冷卻；膠帶運輸機每隔約100米設置起動(dòng)預警裝置，設備啟動(dòng)前發(fā)出預警信號，提示有關(guān)人員應立即遠離設備；膠帶驅動(dòng)電動(dòng)機的電流實(shí)時(shí)監測功能可發(fā)現一些機械設備的潛在故障隱患，運行中對電動(dòng)機的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監測分析，當發(fā)生電流超限或突變時(shí)報警，嚴重時(shí)自動(dòng)停機。實(shí)現給料機與皮帶的閉鎖，實(shí)現與前工序皮帶的閉鎖功能，具有自動(dòng)、手動(dòng)、檢修等控制方式；

　?。?）在軟件與硬件設計上采用了先進(jìn)的矩陣控制功能，節省主電纜的費用；自控系統在性能上具有良好的抗濕熱性、抗干擾性；在結構上能滿(mǎn)足在港口條件下迅速檢修或更換元器件，根據港口的現場(chǎng)環(huán)境，控制箱采用不銹鋼結構，其他采用防腐措施；可根據膠帶機系統的故障性質(zhì)，進(jìn)行緊急停機、順序停機或發(fā)出報警聲光信號；在集中操作臺上能集中顯示膠帶機的工作狀態(tài)、故障類(lèi)型、故障地點(diǎn)；將驅動(dòng)系統中的軟啟動(dòng)器和變頻器納入監控；設有多種操作方式：集中聯(lián)動(dòng)、集中手動(dòng)、就地聯(lián)動(dòng)、就地手動(dòng)、禁止起動(dòng)等，使系統操作靈活、可靠。在集中方式下，所有設備由集控室操作員通過(guò)上位機操作，多種流程選擇；在聯(lián)動(dòng)方式下，可根據工藝選擇運輸流程，膠帶啟動(dòng)順物料流動(dòng)方向，并根據膠帶速度、長(cháng)度延時(shí)開(kāi)車(chē)，以減少運行時(shí)間；重載啟動(dòng)時(shí)，按逆料流方向啟動(dòng)；系統停止或無(wú)料時(shí)延時(shí)自動(dòng)停車(chē)。

　?。?）完善的信息處理功能，報警信息、運行參數、操作記錄等信息自動(dòng)形成標準格式的數據庫文件，并在硬盤(pán)長(cháng)期保存，供信息系統調用；實(shí)現系統集中監控，生產(chǎn)數據微機化管理［3］：
　
　　1)界面直觀(guān)友好，操作簡(jiǎn)便，功能齊全。有形象逼真的動(dòng)態(tài)畫(huà)面和全中文顯示，還具有實(shí)時(shí)報警監視、安全確認機制和數據記錄功能。對操作員素質(zhì)無(wú)特殊要求，培訓簡(jiǎn)單。

　　2)報警信息和重要運行參數在硬盤(pán)存儲，數據表格和曲線(xiàn)可隨時(shí)調出。

　　3)生產(chǎn)數據存入計算機硬盤(pán)，可由管理信息系統按需調用。

　?。?）具有故障自診斷功能

　　1）網(wǎng)絡(luò )故障自診斷。當網(wǎng)絡(luò )發(fā)生斷線(xiàn)、干擾等傳輸故障時(shí)，能自動(dòng)偵測到，并發(fā)出報警信息。

　　2）PCC故障自診斷。當PCC的CPU和通訊適配器發(fā)生故障時(shí)，系統會(huì )通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報警信息；當PCC的I/O模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU會(huì )通過(guò)I/O模塊的狀態(tài)位偵測到故障并判斷故障類(lèi)型，系統將發(fā)出報警信息。

　　3）傳感器和信號線(xiàn)故障診斷。當模擬量傳感器或信號線(xiàn)發(fā)生斷線(xiàn)故障時(shí)，PCC通過(guò)測量值判斷故障并發(fā)出報警信息。

　　3.3 可實(shí)現自動(dòng)化系統與生產(chǎn)管理系統數據共享 

　　計算機管理工作站設信息管理系統，決策者通過(guò)管理工作站可根據各自權限遠程訪(fǎng)問(wèn)監控上位機，并獲得現場(chǎng)生產(chǎn)數據報表、設備管理信息和生產(chǎn)統計分析。

　　3.4 維護簡(jiǎn)便

　?。?）I/O模塊采用可拆卸端子排，當出現故障時(shí)，集控室將發(fā)出聲光報警信號，可在幾分鐘之內完成對故障部件的更換。

　?。?）系統擴展方便。當系統改進(jìn)需要增加新設備時(shí)，可以方便地加入節點(diǎn)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)修改程序。   

　?。?）由于該系統具有自診斷功能，能及時(shí)報告故障時(shí)間、位置、類(lèi)型等信息，便于維護。

　　4 結束語(yǔ)

　　通過(guò)長(cháng)期運行的考驗，該港口膠帶運輸機集控系統總體運行情況良好，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

　　港口膠帶輸送機自動(dòng)化系統涉及的范圍較廣，系統設計時(shí)要根據港口工藝、規模、港區布置，既要考慮到設備和系統的可靠性、投資方面的合理性，同時(shí)也要顧及港口擴建的可行性等因素，只有這樣才能滿(mǎn)足港口擴建、發(fā)展的需要。

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　　作者簡(jiǎn)介

　　姚  晨 （1982—），男，安徽省桐城人，安徽省港航勘測設計院，助理工程師。