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(tǒng)PLC功能的極大提升，其配置的靈活性、平臺的開放性以及高度智能化使復雜的控制功能得以完美地實現(xiàn)。
本文介紹了該PCC在安徽銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應用。配合港口貨物運輸工藝，設置了一個控制中心和多個現(xiàn)場控制站，采用以主控PCC為控制核心的集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)和工業(yè)電視系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡系統(tǒng)，以實現(xiàn)對整個膠帶運輸機系統(tǒng)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。
關鍵詞：PCC系統(tǒng)； 集中監(jiān)控； 膠帶運輸機； 貝加萊自動化
中圖分類號：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(jiān)視控制系統(tǒng)（以下簡稱集控系統(tǒng)）的安全可靠性將直接影響到港口的經(jīng)濟效益。為此，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。
以PCC為核心的集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。該系統(tǒng)的實施，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間，還精簡了現(xiàn)場操作人員，提高了港口的整體經(jīng)濟效益。
2 集控系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡的構(gòu)成和功能
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
作為傳統(tǒng)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，同時又擁有IPC的運算能力強、實時性好、編程方便的特點，也就是說，它融合了PLC和IPC的優(yōu)勢，特別是在人機交互、軟件編程、調(diào)試環(huán)境及在線調(diào)試監(jiān)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）技術進入我國自動化領域以來，已經(jīng)越來越廣泛地應用于我國的各類工業(yè)和其它行業(yè)，隨著國內(nèi)一些重要水電輔機企業(yè)在調(diào)速器和勵磁控制方面的廣泛應用，其性能也得到越來越多的用戶青睞和認可。PCC技術已經(jīng)逐漸掀起了一股自動化技術創(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)控制領域中大家普遍關心的可靠、安全、靈活、方便和經(jīng)濟等問題，使PCC正逐漸成為目前工業(yè)自動化領域中的最優(yōu)化選擇方案之一。基于通訊以及擴展能力方面的考慮，銅陵港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)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(tǒng)的主要控制核心，同時使用了多臺2003系列緊湊、高速型PCC（CP474型CPU模塊）作為各現(xiàn)場控制分站的控制部件及遠程I/O，它們與其它現(xiàn)場控制/檢測設備、集中監(jiān)控系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等配合，實現(xiàn)對該系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶輸送機全過程的監(jiān)控、監(jiān)測，構(gòu)成了一個性能優(yōu)良、操作方便的港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)。
PCC控制器主要包括CPU模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊等，作為主控原件它具有防潮、抗干擾能力強、現(xiàn)場易編程、易擴展，支持高級語言編程和基本免維護等優(yōu)點，并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件模塊化、自動檢測系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡（以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線及自由串口），實現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)通訊。
該集控系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場控制（主要含多個控制站及現(xiàn)場控制/檢測設備）和集中控制（主要含服務器、操作員站、工程師站、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏）兩大部分構(gòu)成。集中控制部分設于中央控制室,它與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)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(jiān)控上位機之間同樣也通過以太網(wǎng)（TCP/IP）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；現(xiàn)場控制站與傳感器之間通過現(xiàn)場總線進行連接(采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議)；現(xiàn)場控制部分承擔對現(xiàn)場設備的控制和數(shù)據(jù)采集任務。該系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡主要采用工業(yè)以太網(wǎng)，在通訊距離長于1200米的兩個控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設置現(xiàn)場控制站。通過監(jiān)控網(wǎng)絡，可對整個系統(tǒng)的設備進行監(jiān)視和集中控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 系統(tǒng)功能及特點
該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具備有完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節(jié)及相關輔助環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)實現(xiàn)安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設備的安全。
監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可以在中控室操作員站上監(jiān)視和控制膠帶運輸機的生產(chǎn)過程，完成對皮帶運輸機生產(chǎn)及相關環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現(xiàn)散貨皮帶運輸生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動化。該系統(tǒng)的主要功能及特點如下所述：
（1）實時運行參數(shù)監(jiān)測。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產(chǎn)工況與工藝參數(shù)，采用圖形、報表的形式來顯示系統(tǒng)的實時工況及目前產(chǎn)量、倉儲等。
（2）實時過程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動完成過程控制，或由操作員手動操作控制。
（3）歷史數(shù)據(jù)查詢。以上實時生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于服務器中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)重顯、歷史趨勢曲線分析，以及通過直方圖、餅圖等進行綜合分析。
（4）設備故障及模擬量超限報警。當設備故障或模擬量超限時，生產(chǎn)監(jiān)測及管理網(wǎng)絡同步顯示故障設備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障等功能。將該故障信息存入服務器中的故障信息數(shù)據(jù)庫，供以后離線統(tǒng)計分析用。
（5）優(yōu)化生產(chǎn)計劃。在網(wǎng)絡服務器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定時將生產(chǎn)、經(jīng)營等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)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(jù)外運下達計劃和設備實際狀態(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。
（6）選用先進的控制器，系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的可靠性。當?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障時，井下部分仍可實現(xiàn)集控運行，距離雖遠但通訊網(wǎng)絡速度快，可靠性高，人機界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。
（7）減少布線成本。由于大量采用遠距離通訊網(wǎng)絡，大大減少了電纜用量，降低了布線成本，節(jié)約了費用?？刂破骱途W(wǎng)絡的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統(tǒng)擴展也十分方便，可隨時增加節(jié)點，并通過網(wǎng)絡在中控室在線修改程序。
2.3 服務器
該系統(tǒng)配置服務器一臺，承擔應用服務器和實時及歷史數(shù)據(jù)服務器的綜合任務。在該服務器中存儲較復雜的算法和程序，處理復雜計算程序；在其中建立實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和故障信息數(shù)據(jù)庫，以存儲采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和故障信息，并在需要時調(diào)出歷史數(shù)據(jù)以供離線統(tǒng)計分析用。
2.4 操作員工作站
根據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)的功能，在監(jiān)控中心設置膠帶運輸系統(tǒng)操作員監(jiān)控工作站，它們的功能主要有：
（1）根據(jù)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，實現(xiàn)各子系統(tǒng)設備運行狀態(tài)及工藝參數(shù)的直觀動態(tài)顯示；根據(jù)工藝流程及聯(lián)鎖關系分別實現(xiàn)各子系統(tǒng)的自動/手動/本地控制。
（2）實時設定各種運行、生產(chǎn)工藝參數(shù)；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)設備的運行參數(shù)及狀態(tài)，同時將各參數(shù)數(shù)據(jù)存貯在硬盤上，并將必要的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)服務器；實時監(jiān)視各子系統(tǒng)傳感器的當前狀態(tài)及測量數(shù)據(jù)；對各臺設備及重要傳感器的故障狀態(tài)實時報警，采用聲光報警方式，并且打印報警信息，同時將報警信息存貯入數(shù)據(jù)服務器，便于統(tǒng)一管理及以后對報警信息進行分析；隨時查詢、打印實時趨勢曲線以及規(guī)定的任意時間段內(nèi)的歷史趨勢曲線； 隨時查詢、打印規(guī)定的任意時段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)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：
（1）根據(jù)工藝的調(diào)整在線修改PCC控制器的應用程序，以適應新工藝的需要。
（2）將監(jiān)控系統(tǒng)中有關數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，并輸入港口的信息管理系統(tǒng)中。
（3）設置彩色打印機，打印實時彩色畫面及彩色趨勢圖。
（4）當某個子系統(tǒng)的操作員工作站發(fā)生故障時，可立即通過設定操作人員權限，將工程師站轉(zhuǎn)換成為該子系統(tǒng)的操作員工作站。
3 膠帶運輸機的控制和監(jiān)視
3.1設計原則和主要技術要求
該系統(tǒng)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,實現(xiàn)皮帶運輸機集中控制與監(jiān)測的要求。設計原則和主要技術要求如下：
（1）實現(xiàn)膠帶運輸機系統(tǒng)的集中監(jiān)控，實時監(jiān)控設備狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示數(shù)據(jù)曲線，對重要信息記錄存盤。
（2）控制方式設有集控自動/集控手動/就地三種，它們之間可互相轉(zhuǎn)換。正常生產(chǎn)時，使用集控自動方式，設備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺自動啟停；使用集控手動方式時，可在中央控制臺操作各設備，但不具備閉鎖和聯(lián)動關系；選擇就地方式時，在現(xiàn)場直接操作有關設備。啟動設備前由集控臺發(fā)出預告信號，30秒后，如果現(xiàn)場設備均滿足集控自動啟動條件，設備將按順序自動啟動?，F(xiàn)場信號箱設有起動/停車按鈕，可用停車按鈕停止上述啟動過程。如果設備由集控啟動，控制系統(tǒng)接收到現(xiàn)場停車信號后，可作急停處理，實施故障停車操作程序。
（3）按有關“技術規(guī)程”，膠帶運輸機必須裝設拉線開關、跑偏保護、低速保護等裝置，這些信號均接入集控系統(tǒng)，參與設備的緊急停車和閉鎖停車控制。對設備故障和工藝參數(shù)的異常狀況進行實時報警，并發(fā)出聲光警示信號。一般故障只報警，但當發(fā)生現(xiàn)場設備非正常停車或嚴重故障時，故障設備及其上游設備緊急停車，下游設備順物料流動方向延時閉鎖停車。
3.2主要功能
（1）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(zhuǎn)換開關及就地起/停鈕；所有膠帶運輸機上的給煤點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關，每隔約50米設置一對跑偏開關，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車；所有膠帶運輸機均設拉線開關，用于緊急情況下的停車，急停拉線開關的安裝間距均按50米進行配置，并可擴展下皮帶的跑偏保護，以保證設備和人身安全；擴音電話采用新型的選撥電話系統(tǒng)，安裝間距按200米進行配置。
（2）水平膠帶運輸機的拉緊裝置采用液壓調(diào)節(jié)方式，開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調(diào)節(jié)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，實時檢測滾筒的溫度，并配備自動噴水裝置，當滾筒超溫時實施自動噴水以對主滾筒進行冷卻；膠帶運輸機每隔約100米設置起動預警裝置，設備啟動前發(fā)出預警信號，提示有關人員應立即遠離設備；膠帶驅(qū)動電動機的電流實時監(jiān)測功能可發(fā)現(xiàn)一些機械設備的潛在故障隱患，運行中對電動機的電流進行實時監(jiān)測分析，當發(fā)生電流超限或突變時報警，嚴重時自動停機。實現(xiàn)給料機與皮帶的閉鎖，實現(xiàn)與前工序皮帶的閉鎖功能，具有自動、手動、檢修等控制方式；
（3）在軟件與硬件設計上采用了先進的矩陣控制功能，節(jié)省主電纜的費用；自控系統(tǒng)在性能上具有良好的抗?jié)駸嵝?、抗干擾性；在結(jié)構(gòu)上能滿足在港口條件下迅速檢修或更換元器件，根據(jù)港口的現(xiàn)場環(huán)境，控制箱采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，其他采用防腐措施；可根據(jù)膠帶機系統(tǒng)的故障性質(zhì)，進行緊急停機、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)、故障類型、故障地點；將驅(qū)動系統(tǒng)中的軟啟動器和變頻器納入監(jiān)控；設有多種操作方式：集中聯(lián)動、集中手動、就地聯(lián)動、就地手動、禁止起動等，使系統(tǒng)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上位機操作，多種流程選擇；在聯(lián)動方式下，可根據(jù)工藝選擇運輸流程，膠帶啟動順物料流動方向，并根據(jù)膠帶速度、長度延時開車，以減少運行時間；重載啟動時，按逆料流方向啟動；系統(tǒng)停止或無料時延時自動停車。
（4）完善的信息處理功能，報警信息、運行參數(shù)、操作記錄等信息自動形成標準格式的數(shù)據(jù)庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用；實現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)微機化管理［3］：
1)界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。有形象逼真的動態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實時報警監(jiān)視、安全確認機制和數(shù)據(jù)記錄功能。對操作員素質(zhì)無特殊要求，培訓簡單。
2)報警信息和重要運行參數(shù)在硬盤存儲，數(shù)據(jù)表格和曲線可隨時調(diào)出。
3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)存入計算機硬盤，可由管理信息系統(tǒng)按需調(diào)用。
（5）具有故障自診斷功能
1）網(wǎng)絡故障自診斷。當網(wǎng)絡發(fā)生斷線、干擾等傳輸故障時，能自動偵測到，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，系統(tǒng)會通過網(wǎng)絡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，CPU會通過I/O模塊的狀態(tài)位偵測到故障并判斷故障類型，系統(tǒng)將發(fā)出報警信息。
3）傳感器和信號線故障診斷。當模擬量傳感器或信號線發(fā)生斷線故障時，PCC通過測量值判斷故障并發(fā)出報警信息。
3.3 可實現(xiàn)自動化系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享
計算機管理工作站設信息管理系統(tǒng)，決策者通過管理工作站可根據(jù)各自權限遠程訪問監(jiān)控上位機，并獲得現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、設備管理信息和生產(chǎn)統(tǒng)計分析。
3.4 維護簡便
（1）I/O模塊采用可拆卸端子排，當出現(xiàn)故障時，集控室將發(fā)出聲光報警信號，可在幾分鐘之內(nèi)完成對故障部件的更換。
（2）系統(tǒng)擴展方便。當系統(tǒng)改進需要增加新設備時，可以方便地加入節(jié)點，并通過網(wǎng)絡在線修改程序。
（3）由于該系統(tǒng)具有自診斷功能，能及時報告故障時間、位置、類型等信息，便于維護。
4 結(jié)束語
通過長期運行的考驗，該港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)總體運行情況良好，經(jīng)濟效益顯著。
港口膠帶輸送機自動化系統(tǒng)涉及的范圍較廣，系統(tǒng)設計時要根據(jù)港口工藝、規(guī)模、港區(qū)布置，既要考慮到設備和系統(tǒng)的可靠性、投資方面的合理性，同時也要顧及港口擴建的可行性等因素，只有這樣才能滿足港口擴建、發(fā)展的需要。
作者：姚 晨，安徽省港航勘測設計院
參考文獻
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關于貝加萊
貝加萊（B&R）工業(yè)自動化是一家全球性自動化領導廠商，專業(yè)致力于創(chuàng)新自動化前沿技術，總部位于奧地利，目前已在全球60個國家設立了分支機構(gòu)，擁有155個辦事處。“完美自動化”與“您的全球自動化合作伙伴”是貝加萊工業(yè)自動化的使命與追求。
1996年8月，貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司正式落戶中國上海，本地化的銷售與精湛的技術隊伍為中國客戶帶來更迅捷的服務響應。十幾年來，貝加萊（中國）一直專注于為國內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動化全線產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術解決方案?，F(xiàn)在，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應用于機械自動化領域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導體、制藥等行業(yè)；以及過程自動化領域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。目前，貝加萊產(chǎn)品已通過ISO 9001、UL、TüV、GOST-R等國際認證，產(chǎn)品質(zhì)量、性能等受到了用戶的普遍贊譽，贏得了信譽。如今，貝加萊（中國）已成立了北京、廣州、濟南、西安、成都和沈陽辦事處，上海及各辦事處建立了完備的技術培訓中心，以及分布在全國的大學聯(lián)合實驗室。
（轉(zhuǎn)載）
