摘要：本文主要介紹了利用美國GE Fanuc系列90-30 PLC先進的編程性能和安裝配置簡單的特點，將其應用于某散貨港口裝卸自動化控制系統中，根據集散控制技術的理論，應用PLC網絡實現了對散貨裝卸設備的現場控制、電控室控制和中控室控制；并以GE FANUC CIMPLICITY HMI軟件為工具，設計了實時監控軟件。

一、引言
散貨（如煤炭）裝卸效率是散貨港口考慮的主要問題之一。南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動化控制系統的對象一般由卸船機、帶式輸送機、堆取料機、裝船機等主要設備以及大塊分離器、除鐵器、核子秤等輔助設備構成，這些設備運行在分散操作方式效率極低，無法集中控制和監測設備的狀態與故障情況。常因流程下游設備故障而造成的堆煤、大塊來不及分離等現象時有發生，嚴重時可能造成帶式輸送機載煤過量而使皮帶損壞，這給輸煤設備的運行、維護帶來了困難，也造成了船舶裝卸時間長，船期延誤等不良后果。采用PLC控制，不僅能夠提高生產運行效率，而且為后期的維護和系統擴展提供很大的方便。

二、散貨裝卸自動化控制系統工藝和要求
采用系列90-30 PLC控制器成功地應用于南通華能電廠姚港煤碼頭裝卸自動化控制系統中。該煤碼頭的裝卸作業過程控制全部由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圖

（1）直駁


即利用四臺卸船機將大型船舶裝載的煤炭卸至帶式輸送機上，經帶式輸送機的輸送，由裝船機裝載運送至駁船（或用裝車機運送至陸地運輸工具），然后運送到用戶單位。
在煤炭碼頭的煤炭裝卸工藝中，直駁流程具體的設備使用情況見圖2：

圖2卸煤直駁工藝流程

（2）倉儲


即經由卸船機、皮帶機將散貨輸送至斗輪堆取料機，并將其儲存在堆場上。具體的設備使用情況見圖3：

圖3煤炭儲運工藝流程

（3）駁運


即由斗輪堆取料機將堆場的庫存煤料取出，輸送至兩臺裝船機，卸煤到駁船上后駁運至工礦企業。具體的設備使用情況見圖4：

圖4裝煤駁運工藝流程

為了實現對上述裝卸流程的控制以及其流程設備的控制，按照開放式集散控制原則，采用圖5所示的裝卸控制系統，此控制系統主要實現三個層次的監控。
（1）過程控制級
現場層可采用一主站三從站的方式，以系列90-30 PLC程控器通過Fieldbus（現場總線）或者RIO net (遠程輸入/輸出)主從式網絡，把三個遠程站（從站）與本地站（主站）聯接起來，構成對現場設備的基本控制。主站負責整個輸煤系統的控制及各分站的調度、通信等，也處理適當的I/O系統。各分站負責給定區域內設備的控制。
（2）控制管理級
即以監控工作站和工控網絡構成，與PLC程控器相連，實現對流程設備的上位機監控。上位系統由監控微機組成，在工控組態軟件支持下，通過應用程序完成與PLC的通信，以圖形方式動態顯示生產流程和設備狀態等信息，并可以通過操作界面，實施對過程控制級的控制?，F場數據經應用程序處理后，匯總成報表格式，可供工作人員查閱。

圖5 散貨港口裝卸控制系統組成結構圖

（3）生產管理級
生產管理系統由服務器以及配置在各管理部門的終端來完成。生產管理的功能，是生產過程中的數據處理，形成各職能部門所需的信息文件，供統計分析之用，為管理決策提供數據。在這一級上，從安全性考慮，管理計算機不能直接干預裝卸控制系統。

三、硬件配置
（1）由高速以太網連接網絡服務器和控制臺的三臺監控工作站，即把上層信息管理級與下層控制管理級連接起來。通過網絡交換機，可與其它管理計算機，以及InTranet連接。
（2）由工業以太網連接控制臺的三臺監控工作站和PLC設備，即把控制管理級與過程控制級連接起來。
（3）在現場控制級為實現分散控制，增加了Profibus現場總線和無線以太網。
控制臺上的三臺監控工作站，作為DCS的控制管理級，雙以太網卡。一塊網口與上層的信息以太網連接；另一塊網卡與下層的控制以太網連接。監控計算機不僅起到了控制管理的功能，而且也作為上、下層網絡的網關。
以太網應用TCP/IP網絡傳輸協議，網絡上的PC機（監控計算機、服務器、管理計算機等）可以在WINDOWS操作系統的Internet協議（TCP/IP）屬性中設定IP地址。網絡上的系列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、觸摸屏等組成現場控制級。GE系列90-30 PLC設一主站、三從站。開關量輸入（DI）512點，開關量輸出（DO）272點，模擬量輸入（AI）93點，模擬量輸出（AO）40點。
主站：見圖6，在PLC屏結構圖上可以看到，主站上的模塊從左到右依次排列。 PLC的CPU 采用具有加強型ETHERNET（以太網）功能的CPU364，通過該ETHERNET可讀取從站3 ENIU所帶的I/O數據，實現遠程信號采集；主站的PROFIBUS模塊與從站2 PNIU通過PROFIBUS_DP進行信息交換；主站第一個RACK通過擴展電纜帶有擴展槽，作為從站1；作為PLC的人機操作界面，觸摸屏與PLC主站直接連接，用PLC的編程口與PLC進行GENIUS通訊，聯系并交換數據，實際系統都裝在一個控制屏內，即PLC屏。
（2）從站1：從站1是主站的擴展站。
（3）從站2：從站2通過ProfiBus連接主站。
（4）從站3：從站3通過工業以太網（EtherNet）連接主站。
（5）從站4：從站4是設備模擬器的接口電路通過ProfiBus連接主站。

圖6 PLC屏結構圖

四、 監控界面
系統的監控界面如圖7所示：

圖7 監控界面

五、 結束語
應用GE Fanuc公司的系列90-30 PLC先進的控制技術，解決了散貨港口自動化運輸系統的工程實際問題。在實際運行中明顯提高了散貨港口自動化運輸系統的控制性能和可靠性，提升了散貨港口的技術檔次。目前，在南通華能電廠姚港煤碼頭運行良好，提高了其運行效率。


（¹上海海事大學 航運技術與控制工程實驗室 200135 高迪駒）
（²上海寶鋼股份有限公司 201900劉寶棟）