基于物联网的智能管控系统在焦化物料管理中的应用

祁建伟，彭 鹏

(山东泰山钢铁集团有限公司自动化部，山东 莱芜 271100)

随着工业控制技术的迅速发展，基于PLC的工业控制系统为各种自动化设备提供了十分可靠的控制技术支撑，同时也为企业的自动化控制方案提供了完善的技术保障；伴随着网络技术、信息化技术的日益完善，可视化监控技术也日趋完善，并且更为广泛地应用于企业生产过程中。物联网的兴起为企业生产过程监控和控制创造了全新的理论依据和解决方案，现阶段，越来越多的企业集团利用物联网技术与PLC工业控制系统、网络通讯系统、视频监控系统相结合实现远程智能管理，对于提高生产效率，降低生产成本，提高产品的科学技术含量，增强企业的市场竞争力具有举足轻重的作用。

本系统利用数字网络监控技术及网络无线传输技术，同计算机网络技术相结合，建立集图像、数据、现场设备控制于一体的智能化、可视化管理平台系统。成功地将数字网络监控、光纤通讯、无线传输等先进技术应用于系统中，通过自动化控制画面软件自带的OPC功能[1]，利用以太网将所需数据传输到数据集中采集软件中，实现了管理人员对生产和设备的集中管理，具有明显的实用性、安全性、可靠性和先进性。并大大提高工作效率，降低生产成本。该系统技术先进、操作方便、运行速度快、运行界面友好，具有良好的通用性。

1 系统架构

焦化输煤系统基于物联网技术的网络架构图如图1所示。

图1 系统架构图

物联网网络架构主要由现场设备层、网络通信层和远程监控层构成。

(1)现场设备层：由PLC控制柜、DCS控制柜、操作站、交换机、收发器、智能摄像头等设备组成。多个PLC控制器、摄像头分布在现场，实现皮带运行过程中大量工作参数和视频的采集，通过逻辑控制程序、视频监控，实现有效控制。同时通过新增的皮带两侧的开关和刻度标尺实现下料闸位置准确检测，实现全自动布料功能。

(2)网络通信层：由工业以太网光纤、网线构成，通过以太网通信模块进行数据通信，利用工业以太网光纤作为皮带控制系统的主干网，通过对网络IP地址进行统一规划整理，可以极为方便地实现网络节点的拓展，易于与其他网络构成更为广泛的网络架构。

(3)远程监控层：将皮带控制系统监控操作站放到干熄焦主控室统一集中监视控制，通过上位机监控软件Wincc可以对现场皮带的视频图像和工作参数进行在线实时监控，同时也可以对皮带本身、两侧开关以及备料小车状态进行监控控制。通过上位机监控软件实时监控备煤系统各皮带的状态情况，视频在线监控各皮带的运行状况，实现了操作人员通过主控室远程控制所有设备的启动停止。

2 系统改造内容

本系统将焦化公司现场物料运输系统进行全面梳理，对煤粉运输、过程配煤、焦炭运输等物料系统实行全面管控。基于物联网环境下，综合利用PLC工业控制技术和网络通讯技术，根据焦化现场皮带运行实际情况，对现场进行监控和自动化改造。自动化改造主要是对原来手动电气控制的设备进行PLC远程控制，以实现主控室集中控制所有现场设备的目标，从而减少现场工作人员的工作量，提升工作效率。系统新上一套数据采集软件，将现场PLC数据都采集到一起，通过网络传输到设备科、技术科、调度室等地方，管理人员可以通过该系统实时掌握生产及设备状态，极大地提升了管理效率。

本次改造后输煤所有皮带控制、下料控制、配煤控制和焦炭控制都通过一个主控室进行控制，新增两套西门子S7-300系列PLC系统，分别为煤皮带下料系统PLC1和备皮带下料系统PLC2。改造后将DCS部分的皮带跑偏信号引入PLC1中，通过PLC统一制作报警指示。将焦炭皮带控制系统监控操作站放到干熄焦主控室统一集中监视控制，系统改造部分包含煤六下料系统改造、备六下料系统改造和焦炭皮带监控位置迁移三部分。

2.1 煤六下料布料系统改造

将原有备煤仓顶布料小车拆除，1～4#仓顶各安装一台固定升降式分料器。控制方式分为现场操作箱控制和主控室自动操作。改造前煤六皮带下料为下料小车控制，改造后改为使用分料器控制，对下料系统机械部分改动，根据机械部分改动情况对电气自动化部分重新制作控制系统，通过PLC远程对小车进行控制。本次改造在料仓下料闸前后各装两个接近开关，上料人员通过煤种和煤仓选择、煤仓料位设定，系统自动判断下料位置和下料量，通过控制下料闸实现分料器的自动下料，煤仓煤量数据通过网络实时传输到堆取料机操作人员现场监控电脑中，操作人员能够提前对上料进行管控。系统改造后备煤操作人员不需要在现场进行操作，并且与视频监控相结合，进一步提升了控制安全性。设备示意图如图2所示。

图2 设备示意图

2.2 备六下料布料系统改造

改造前备六皮带为可逆布料皮带，下料为人工现场定点手动控制布料，改造后操作人员在主控室远程操作布料，新增了料仓料位自动化布料和时间选择自动布料控制功能，操作人员只需要设置一些参数，就能实现一个自动布料循环，大大提升了工作效率，PLC中，通过PLC对可逆皮带进行控制，保留原有手动功能，通过开关进行切换。系统新增下料小车位置检查装置，主要是通过刻度标尺来进行定位，为确保下料闸信息检测的准确性和安全性，皮带两端增加四个接近开关和限位开关进行连锁保护，接近开关主要是在PLC系统中进行连锁停机保护，限位开关是通过在电气回路中进行连锁保护。检测设备示意图如图3所示。

图3 检查设备示意图

2.3 焦炭皮带集中监控

将焦炭皮带控制系统和视频监控通过网络接入到集中监控主控室，完善部分报警功能以及对备系列皮带、煤系列皮带和焦炭皮带控制系统的操作管理。

2.4 视频监控系统改造

皮带廊智能监控系统主要由现场控制、系统控制、系统软件三大模块组成。

(1)现场控制部分由86台130万像素海康数字高清监控摄像机、收发器、网络交换机、无线网桥、设备控制终端等设备组成，负责皮带廊内机头、机尾及重点部位的视频画面采集。

(2)系统控制模块主要由网络收发器、硬盘录像机、计算机、网络语音对讲、通讯光缆组成。负责现场仪表数据、音频、视频数据的发送、接收与处理。

(3)系统软件是整个系统的核心。上线后实现实时图像监看、报警联动机制、视频控制、远程监控、设备在线管理、视频影像存储、图像回放、图像管理等功能。

3 控制功能

3.1 实时监控功能

上位机监控软件将各皮带运行画面、连锁系统投入画面、下料画面、配煤画面组合到一个画面中，通过数据采集和视频信息传递，实现大量数据交互[2]。岗位人员能够很直观的实时监控系统运行情况，并且通过高清视频在线监控各皮带的设备运行状况。通过两方面的结合，实现了操作人员在主控室远程控制所有设备，大大提升了工作效率。同时，管理人员可以通过WEB或手机APP随时查看生产状况，极大提升了管理效率。

3.2 报警功能

该系统在上位机监控画面中对容易出现故障的拉绳、跑偏、防撕裂信号集中显示，并在报警记录中进行记录，设备出现状况时通过文字突出显示、闪烁、声音报警提示出来，让操作人员能够第一时间知道出现了什么状况，并且结合视频监控共同查找，便于及时发现问题并处理。

3.3 可视化管控功能

智能皮带廊监控系统是利用视频智能监控技术、网络技术、无线网络等先进的信息手段，实现皮带运转的过程可视化、智能化管理。实现对机头、机尾及重点部位的设备及人员的实时管控，实现对设备及人员的移动侦测、事件处理、区域报警等功能，管理人员可以通过手机APP功能查看现场情况，从而达到皮带运行过程的可视化和智能化管控。

3.4 备六自动布料功能

该系统中，我们第一次使用了刻度标尺来对备六可逆皮带进行定位，精确地反映出皮带下料位置，结合雷达料位计仓位反馈，通过开发自动布料模型控制程序，实现了岗位人员在远程进行自动布料。岗位人员只需在监控画面中设置下料位置、下料时间等参数，即可实现备六可逆皮带自动布料功能，该功能的投用大大提升了工作效率。

4 结语

该系统通过对焦化皮带系统、下料系统、数据采集系统进行自动化改造，能够极大地减少皮带事故处理的时间，提高了皮带的运行效率，降低皮带的运行成本，达到了减员增效的目的；同时降低了现场操作人员的劳动强度，消除了人员手动点检操作的各种不安全因素，保证了操作的安全、稳定、高效，对企业的安全稳定生产具有重要作用。