摘要：本文主要介紹了利用美國(guó)GE Fanuc系列90-30 PLC先進(jìn)的編程性能和安裝配置簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于某散貨港口裝卸自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，根據(jù)集散控制技術(shù)的理論，應(yīng)用PLC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)散貨裝卸設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)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(jì)了實(shí)時(shí)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(wèn)題之一。南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動(dòng)化控制系統(tǒng)的對(duì)象一般由卸船機(jī)、帶式輸送機(jī)、堆取料機(jī)、裝船機(jī)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(yùn)行在分散操作方式效率極低，無(wú)法集中控制和監(jiān)測(cè)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(lái)不及分離等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可能造成帶式輸送機(jī)載煤過(guò)量而使皮帶損壞，這給輸煤設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)帶來(lái)了困難，也造成了船舶裝卸時(shí)間長(zhǎng)，船期延誤等不良后果。采用PLC控制，不僅能夠提高生產(chǎn)運(yùn)行效率，而且為后期的維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)展提供很大的方便。

二、散貨裝卸自動(dòng)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(yīng)用于南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。該煤碼頭的裝卸作業(yè)過(guò)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(tái)卸船機(jī)將大型船舶裝載的煤炭卸至帶式輸送機(jī)上，經(jīng)帶式輸送機(jī)的輸送，由裝船機(jī)裝載運(yùn)送至駁船（或用裝車(chē)機(jī)運(yùn)送至陸地運(yùn)輸工具），然后運(yùn)送到用戶(hù)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(jiàn)圖2：

圖2卸煤直駁工藝流程

（2）倉(cāng)儲(chǔ)


即經(jīng)由卸船機(jī)、皮帶機(jī)將散貨輸送至斗輪堆取料機(jī)，并將其儲(chǔ)存在堆場(chǎng)上。具體的設(shè)備使用情況見(jiàn)圖3：

圖3煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)工藝流程

（3）駁運(yùn)


即由斗輪堆取料機(jī)將堆場(chǎng)的庫(kù)存煤料取出，輸送至兩臺(tái)裝船機(jī)，卸煤到駁船上后駁運(yùn)至工礦企業(yè)。具體的設(shè)備使用情況見(jiàn)圖4：

圖4裝煤駁運(yùn)工藝流程

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述裝卸流程的控制以及其流程設(shè)備的控制，按照開(kāi)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(shí)現(xiàn)三個(gè)層次的監(jiān)控。
（1）過(guò)程控制級(jí)
現(xiàn)場(chǎng)層可采用一主站三從站的方式，以系列90-30 PLC程控器通過(guò)Fieldbus（現(xiàn)場(chǎng)總線）或者RIO net (遠(yuǎn)程輸入/輸出)主從式網(wǎng)絡(luò)，把三個(gè)遠(yuǎn)程站（從站）與本地站（主站）聯(lián)接起來(lái)，構(gòu)成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基本控制。主站負(fù)責(zé)整個(gè)輸煤系統(tǒng)的控制及各分站的調(diào)度、通信等，也處理適當(dāng)?shù)腎/O系統(tǒng)。各分站負(fù)責(zé)給定區(qū)域內(nèi)設(shè)備的控制。
（2）控制管理級(jí)
即以監(jiān)控工作站和工控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，與PLC程控器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)流程設(shè)備的上位機(jī)監(jiān)控。上位系統(tǒng)由監(jiān)控微機(jī)組成，在工控組態(tài)軟件支持下，通過(guò)應(yīng)用程序完成與PLC的通信，以圖形方式動(dòng)態(tài)顯示生產(chǎn)流程和設(shè)備狀態(tài)等信息，并可以通過(guò)操作界面，實(shí)施對(duì)過(guò)程控制級(jí)的控制。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)應(yīng)用程序處理后，匯總成報(bào)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(jí)
生產(chǎn)管理系統(tǒng)由服務(wù)器以及配置在各管理部門(mén)的終端來(lái)完成。生產(chǎn)管理的功能，是生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理，形成各職能部門(mén)所需的信息文件，供統(tǒng)計(jì)分析之用，為管理決策提供數(shù)據(jù)。在這一級(jí)上，從安全性考慮，管理計(jì)算機(jī)不能直接干預(yù)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(luò)服務(wù)器和控制臺(tái)的三臺(tái)監(jiān)控工作站，即把上層信息管理級(jí)與下層控制管理級(jí)連接起來(lái)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可與其它管理計(jì)算機(jī)，以及InTranet連接。
（2）由工業(yè)以太網(wǎng)連接控制臺(tái)的三臺(tái)監(jiān)控工作站和PLC設(shè)備，即把控制管理級(jí)與過(guò)程控制級(jí)連接起來(lái)。
（3）在現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)為實(shí)現(xiàn)分散控制，增加了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線以太網(wǎng)。
控制臺(tái)上的三臺(tái)監(jiān)控工作站，作為DCS的控制管理級(jí)，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(jì)算機(jī)不僅起到了控制管理的功能，而且也作為上、下層網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。
以太網(wǎng)應(yīng)用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的PC機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)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(luò)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(chǎng)控制級(jí)。GE系列90-30 PLC設(shè)一主站、三從站。開(kāi)關(guān)量輸入（DI）512點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出（DO）272點(diǎn)，模擬量輸入（AI）93點(diǎn)，模擬量輸出（AO）40點(diǎn)。
主站：見(jiàn)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(qiáng)型ETHERNET（以太網(wǎng)）功能的CPU364，通過(guò)該ETHERNET可讀取從站3 ENIU所帶的I/O數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號(hào)采集；主站的PROFIBUS模塊與從站2 PNIU通過(guò)PROFIBUS_DP進(jìn)行信息交換；主站第一個(gè)RACK通過(guò)擴(kuò)展電纜帶有擴(kuò)展槽，作為從站1；作為PLC的人機(jī)操作界面，觸摸屏與PLC主站直接連接，用PLC的編程口與PLC進(jìn)行GENIUS通訊，聯(lián)系并交換數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)都裝在一個(gè)控制屏內(nèi)，即PLC屏。
（2）從站1：從站1是主站的擴(kuò)展站。
（3）從站2：從站2通過(guò)ProfiBus連接主站。
（4）從站3：從站3通過(guò)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(guò)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(yǔ)
應(yīng)用GE Fanuc公司的系列90-30 PLC先進(jìn)的控制技術(shù)，解決了散貨港口自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)的工程實(shí)際問(wèn)題。在實(shí)際運(yùn)行中明顯提高了散貨港口自動(dòng)化運(yùn)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(yùn)行良好，提高了其運(yùn)行效率。


（¹上海海事大學(xué) 航運(yùn)技術(shù)與控制工程實(shí)驗(yàn)室 200135 高迪駒）
（²上海寶鋼股份有限公司 201900劉寶棟）