入厂煤自动采样系统的设计

袁 清

（阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

1 系统设计背景简述

某火电厂共建设了7 台入厂煤汽车采样机，采样系统分两个，其一是A 系统，该系统中有3 台采样机，其二是B 系统，该系统中有4 台采样机。在该火电厂中，所有的汽车来煤采样工作都是由这两个系统来负责。但是由于项目的阶梯式建设，所有采样机的操作不能得到统一监控，相关工作人员和设备也都得不到集中管理，加之火电厂对于功能需求的不断提升，使得当前的控制越来越无法满足火电厂的实际运作需求。

就目前的情况来看，在A 系统中，1#采样机和2#采样机由同一个控制室负责控制，而3#采样机则是由另一个独立的控制室来负责控制。在B 系统中，4#采样机和5#采样机由同一个控制室负责控制，但是10#采样机和11#采样机则分别由独立的控制室来负责控制。这种分散式的控制形式不仅让机械设备的集中控制和管理变得十分困难，同时也严重影响到该火电厂对工作人员的集中管理。

随着火电厂的不断发展，入厂煤采样系统使用功能方面的不足也越来越明显。首先，对于打包、刷卡、承重等方面的控制，该火电厂如今依然采用串口通信的方法和工控机连接实现数据的采集，会增大上位机的硬件负荷，降低其处理速度，且容易引起上位机故障，一旦上位机的反应速度变慢，控制延时，很多难以控制的故障就更容易出现。其次，当车辆准备进入到采样区采样时，因为检测手段与提示信息的不足，司机需要将汽车移动很多次才可以停靠在规定的位置上，很大程度上降低了汽车的通行效率，对入厂煤采样的效率造成不利影响，直接影响到火电厂的发电效率和经济效益。最后，由于采样区域不能够实现准确识别，所以车头和车厢边框都有可能被采样头打到，给采样作业带来了很大的安全隐患。

基于这样的情况，本次自动采样系统的设计目的主要有两个：第一，通过集中控制平台的增设，使该火电厂之中所有的采样设备得到集中控制，所有的工作人员得到集中管理，不仅可以全面降低工作人员的劳动强度，而且可以及时发现采样设备的运行故障，并及时采取针对性的措施进行处理，实现对设备运行的良好把控；第二，通过该自动采样系统的设计，可以让工作人员的配置得到合理优化，让人力资源浪费的情况得以有效避免。

2 系统结构和功能分析

2.1 人机对话

借助于编辑以及组态工控软件，可以将该系统实际的工作状态实时显示给操作人员，且显示界面美观大方，操作简单便捷。该界面主要实现的功能包括如下3 点：第一，借助于组态软件来实现对整个系统之中所有设备的实时在线控制；第二，通过图形的形式将所有被控制设备的运行状态实时反馈给操作人员；第三，如果有设备在运行过程中发生故障，系统将根据其实际的情况及时发出报警，如声光报警、屏幕报警等[1]。

2.2 设备控制

本系统采用的是由西门子公司出品的S7-200 系列CPU226 CN PLC，并在其PLC 内存中预留了30%～40%的空间，以备今后的系统升级和功能拓展，I/O 点的预留数量在15%以上，同时通过工业以太网来实现PLC和上位机之间的通信。在该系统中，控制信号主要通过硬接线的形式进行传输，状态信号主要通过光纤通信的形式进行传输，让该火电厂中所有的入厂煤采样设备都得到统一集中的控制。

3 系统设计分析

3.1 接口部分设计分析

3.1.1 采样机接口部分的设计

为实现与燃料三大项目体系之间的紧密联系，并减轻控制部分负载，在本次的自动采样系统设计过程中，对采样接口机进行了单独设置。通过采样接口机可以实现采样的打包、刷卡以及承重等工作，并将数据自动上传，也可以实现语言对讲和车号对比等功能。

3.1.2 打包接口机的设计

如果桶内装满了样煤，应该及时对样煤进行打包处理。为降低人力资源的浪费，系统中设置了一台自动打包机，并专门设置了一个房间，将自动打包机和控制室分开。因为打包机属于另外一个独立系统，所以需要考虑到自动采样系统和打包机之间的连接，以实现样煤的自动打包。在采样机的正常工作过程中，打包机将会一直处在备用状态。当采样桶中的样煤超出了设定值时，系统界面上会显示出“样桶已满，需要打包”的提示，操作人员可以在控制界面上点击打包按钮，自动采样系统会将一个“上袋信号”发送给打包机，在打包机完成上袋动作后，系统会按照燃料三大项目系统所生成的一级编码进行写卡，完成写卡后系统会发出一个放样指令，然后打开集样桶进行放样，待完成放样后，打包机也就完成了打包动作[2]。

3.2 系统硬件部分的设计分析

3.2.1 上位机的设计

在本次的系统设计中，主要将邵华工业计算机作为该系统的上位机。可以在VB 环境下实现一整套入厂煤采样的自动监督和控制程序的开发。在整个自动采样系统中，上位机属于中枢控制机构，从上位机中发出的指令将会通过串口通信服务器传达到下位机，进而实现上位机和下位机之间的通信。

3.2.2 现场控制层的设计

在自动采样系统中，现场控制层具有核心控制作用。利用现场控制层，可以对上位机输送的信号进行处理和传送。在实际的应用过程中，现场控制层可以按照其自身的逻辑对来自于上位机的信号进行判断和分析，然后将其转换成相应的控制信号，最后将处理好的控制信号传输到现场的采样设备，以实现对现场采样设备的自动控制。

3.2.3 现场控制对象与反馈输入信号的设计

在设计的系统中，主要的现场控制对象包括大小车、集料斗、升降采样头、环锤破碎机、集样桶、缩分器以及给料皮带机等，主要的反馈输入信号包括就地控制设备接近开关和限位开关等。为了可以在自动控制的同时具备手动控制的功能，将每一个设备所对应的手动操作按钮都设置在控制操作台上，一旦系统出现故障，工作人员通过操作这些按钮，就可以实现对现场采样设备的合理控制，进而有效避免自动采样系统故障对火电厂正常运行的不利影响。

3.3 系统软件部分的设计

3.3.1 软件功能简介

为了有效满足该火电厂入厂煤采样系统的实际需求，主要将VB 用于上位机组态设计，将S7-200 用于下位机的组态和编程设计，并借助于串口通信的形式来实现上位机与下位机之间的数据交换。

3.3.2 系统模块设计

（1）主界面模块

主界面模块就是这个自动采样系统的登录模块，通过这一模块，相关工作人员可以登录到该系统中。在用户打开这个界面之后，需要输入正确的用户名和密码才可登录。在登录之后，用户可以通过两种不同的操作方法进入到两个不同的操作界面，一种是登录到汽车刷卡系统，另一种是登录到人工录入系统，如果用户想从系统中退出，直接点击“退出”按钮即可实现。

在设计过程中，为了有效满足系统操作人员的实际需求，在这个登录界面之中进行了3 个权限的设置。在这3 个权限中，最高的权限是系统调试员权限，第二是系统管理员权限，最低的权限是系统操作员权限。

（2）汽车刷卡模块

在本次所设计的自动采样系统中，汽车刷卡模块是控制入厂煤采样的一个最主要的方式。操作人员在进入到该系统之后，可以直接在主界面选择“进入汽车刷卡系统”按钮，然后就可以进入到图1 所示的监控界面之中，在汽车刷卡成功之后，选择自动开始，系统就会根据预先设定好的程序来自动实现采样工作。

图1 汽车刷卡系统界面

（3）人工录入模块

当用户在系统主界面选择了“进入人工录入系统”这一模块之后，在模块之中可以选择手动操作模式或者是半自动操作模式。如果要通过这一模块进行采样操作，则需要在相应的采样信息栏之中将样煤来源、采样点数、车底高等信息填写完善，通过这些信息，系统可以自动确定出采样的深度和方式。

4 结 论

本次主要以某火电厂的入厂煤自动采样系统作为实例，对自动采样系统的设计进行分析。希望通过本次的设计和分析，可以对其他火电厂自动采样系统的设计与优化有所帮助。