白栋材

（神华黄骅港务公司信息中心，河北省黄骅市，061113）

1 黄骅港三期筒仓概况

1.1 筒仓工艺布置

黄骅港三四期筒仓集群位于码头西侧，共48座，分为南北4座，东西12座的矩阵。东西走向12座筒仓构成一条堆取料作业线，每条作业线设2条进仓带式输送机 （布置在筒仓顶部，东西各一条）和2条出仓带式输送机 （布置在地面以上，贯穿东西）。同一作业线上相邻筒仓中心相距46m，相邻作业线上筒仓中心相距51 m，筒仓采用全地上式，仓下带式输送机布置在地面以上。仓底对称布置6个出煤口，顶部带式输送机两侧分别布置一条长36m、宽1m 的进煤口。黄骅港三四期工程取装线工艺流程主要由以下几部分组成：中控及翻车机房，BQ、BC、BM 带式输送机，变电所，转接机房，活化给料机CT，伸缩头和装船机。筒仓工艺流程如图所示1。

图1 筒仓工艺流程图

1.2 筒仓工艺流程编号

黄骅港三四期：翻堆线的皮带传输方向是：BF—BH—BD—筒仓；取装线的皮带传输方向是：BQ—BC—BM—船舱。流程编号为X1X2X3X4 X5X6 六位组合。

X1表示工程

X1=1 表示一期流程

X1=2 表示二期流程

X1=3表示三期流程

X2表示流程类型

X2=1表示翻堆线流程

X2=2表示取装线混配煤出料流程

X2=3表示取装线单仓出料流程

X2=4表示直装流程

X2=5表示倒仓流程

X3表示流程上游设备编号

X4表示流程下游设备编号

X5、X6表示流程序号

2 筒仓集群智能取装系统总体方案

2.1 管控一体化

为了实现黄骅港三四期工程煤炭的安全、快速、高效周转，需要采用管控一体化系统实现设备控制和生产管理的有机结合，进而实现整个港口的透明生产，实现黄骅港与上游货主和下游船代之间的信息交流，打造上下游一体化的数字港口码头；同时借助信息化手段提升内力，发挥信息共享和强大的数据挖掘分析能力，提供生产经营的某些决策依据以及战略层次的相关数据，为管理层提供准确有效的数据。通过黄骅港三四期工程管控一体化系统建设，实现在三四期工程中生产企业管理信息化、信息资源化、传输网络化、管理科学化的现代企业目标，实现黄骅港务公司内部生产、管理信息系统的流程再造，达到提高黄骅港安全、快速、高效发展的最终目的。装船作业流程如图2所示。

图2 装船作业流程

2.2 管控系统接口

2.2.1 接口原则

黄骅港的生产管理模式为生产人员在管控一体化系统中制作生产指令 （唯一确定一个作业流程），发送给控制系统，控制系统带指令启动流程，控制系统将实时生产数据，包括流程的运行记录、皮带秤的实时和累计值、设备的实时状态、控制系统中的电气故障时间点及原因等一切生产所需数据，按照管控一体化系统的要求进行数据传输。

管控一体化系统采用关系型数据库模式与控制系统做数据接口。管控一体化系统会将指令信息发送到接口数据库，控制系统需从接口数据库获取指令，启动流程运行，启动后将流程运行记录按照数据格式要求，存入接口数据库。

2.2.2 接口内容

中控人员在管理系统界面选定流程、制作指令，管理系统将指令信息传入控制系统中的SQL数据库，控制系统在组态画面中确认收到的指令，控制系统带指令号的启动后的流程信息存入SQL数据库。对于装船管理，管控系统会发送移舱命令，装船机进行接收，装船机在移舱时控制系统将移舱信息发送给管控一体化系统。对于卸车管理，控制系统需将实时翻车信息发送给管控一体化系统，包括开始对车信号、铁路允许作业信号、开始作业信号、作业结束信号、允许铁路对车信号、实时翻车节数信息。

2.2.3 接口分界点

管控系统负责三期控制系统SQL 数据库的各表结构建立，负责将此SQL 数据与管理系统服务器进行数据同步；三期控制系统负责将管理系统所需的数据按照管控系统所需的格式和时间存入SQL数据库中。

2.2.4 接口触发点和频率

（1）管理系统下发计划指令WORK ＿INSTRUCT。

管理系统做好指令后，会传输到控制系统中的SQL数据库中。

（2）控制系统反馈计划指令状态WORK＿INSTRUCT。

控制系统反馈指令的执行状态和执行时间，相关数据点：指令状态 （2-下发，3-确认，4-执行中；5-结束，6-中控删除）、开始时间、结束时间。

（3）管理系统下发移舱指令SHIP ＿CHANGECABIN。

管理系统做好移舱指令后，会传输到控制系统中的SQL数据库中。

（4）控制系统反馈移舱指令状态SHIP＿CHANGECABIN。

控制系统反馈指令的执行状态和执行时间，相关数据点：指令状态 （2-下发，3-确认，4-执行中；5-结束，6-中控删除）、开始时间、结束时间。

（5）流程记录WORK＿FLOWLIST。

触发条件：流程开始时，采用INSERT 方式往数据库中增加记录。

触发条件：流程结束 （结束原因：1、正常停止；2、切换指令；3、移舱；4、换班；5、故障停机；6、急停）

触发条件：移舱-移舱确认后，结束上一条流程记录，新增一条流程记录。相当于流程结束后再流程开始。

触发条件：不停流程的情况下切换指令。

结束上一条流程记录，新增一条流程记录。相当于流程结束后 （前一条指令号）再流程开始 （后一条指令号）。

（6）皮带秤实时监测WORK＿DCVALUE。 触发条件：时间触发，每10s一次。

传输数据项：时间、各皮带秤瞬时流量 （多字段）、各皮带秤累计吨位 （多字段）。

（7）大机实时监测WORK＿DEVSTATE。

触发条件：时间触发，每10s一次。

传输数据项：时间、大机名称、状态类型 （0停止，1运行，2故障）。

此表格只存当前记录，不存历史。

（8）翻车机车数实时表 WORK ＿CD ＿WORKKNUM。

触发条件：时间触发，每10s一次。

传输数据项：时间、翻车机名称、翻车节数。

（9）翻车机信号记录表CDSINGAL。

触发条件：时间触发，每10s一次。

传输数据项：时间、翻车机名称、信号类型（1、铁路允许作业，2、开始，3、结束，4、铁路开始对车信号）。

3 筒仓集群智能取装系统核心技术要点

3.1 工业网络系统

工业网络系统情况如图3所示。

图3 工业网络系统

3.2 取装控制架构

取装控制架构如图4所示。

图4 取装控制架构

目前中控室供电由15号变电所提供，操作员 （PC端）通过所内的PLC主机架获取取装线所有带式输送机的驱动信号和其他外围信号，并可对其进行远程操作，通过Control Net网络对伸缩给料机、活化给料机、变频器等设备进行监测和控制。中控室对装船机和其他变电所PLC 主机架间主要通过以太网实现信息获取和对外操作。对于取装流程的控制，其控制权力可以在中控室和装船机直接做出符合要求的切换。

3.3 筒仓信息检测

筒仓信息检测如图5所示。

每个筒仓设置6套雷达式料位计并与6个出料口相对应，连续料位测量时，监控管理系统将根据进出料点的变化修正测量结果；雷达式料位计通过数据通讯和现场I／O 与筒仓安全PLC 控制系统（T3-2转接机房）传送相关数据。筒仓安全PLC控制系统再通过MSG 给卸料小车CT 和PLC控制系统取装线 （15 号变电所）发送报警、重量、出料口高度排序信息。本工况特点为高粉尘、高噪声、有一定震动，故物位计要求穿透能力强，不受噪声、震动影响。物位计检测点的精度在±10cm之间。响应时间保证检测的滞后时间不会影响筒仓满仓和空仓的安全。在中央控制远程监控画面上实现仓内物料的三维动态显示，并实现筒仓内物料体积的估算，精度控制在5%以下。

图5 筒仓信息检测

3.4 智能取装算法

3.4.1 活化给料具体参数

（1）针对活化给料机的控制主要包括启停和给料输出两个方面。首先现场达到启动条件时即可在手动或者自动操作方式下启动活化给料机，启动条件包括其沿线带式输送机必须处于运行状态，并且单机无故障，既具备了启动条件，中控操作员可以手动或者选定筒仓后经程序自动开启。

（2）活化给料机的给料输出理论值为每台0～1350t／h的工程数字量对应20～4mA 的模拟量信号，实际线性关系并不理想，实际生产过程中需要根据经验和程序闭环功能对给料量根据设定值进行输出操控，以达到需要的流量。给料量的大小受到其沿线带式输送机运行速度、带式输送机设计最大流量的限制，每个沿线需要开启多台活化给料机时应考虑输出量很小也有可能发生实际出料很多的情况，此情况可以在闭环控制下经过过渡时间得到理想控制。

3.4.2 活化给料模式

活化给料模式如图6所示。

（1）为了方便操作员操作，将选择活化给料机进行给料的模式改为选择筒仓进行给料的模式，选定筒仓后，符合启动条件的活化给料机自动切换为自动模式，根据上述判断不符合启动条件的活化给料机不能切换为自动模式，自动模式下的活化给料机在相应的工艺流程启动后，按下活化给料机总开关，即可按照活化选择算法开启，并按闭环给料算法进行出料，最后达到稳定，待皮带秤测量返回的总累计量达到要求的总量时，自动停止所有沿线活化给料机，使其维持在自动模式下，直到操作员点击选仓按键取消选择此仓放能回到禁止模式。

图6 活化给料算法总图

（2）非配煤情况时每个流程最多可以选择一个筒仓进行给料，配煤确认时可以选择两个筒仓进行给料，每个筒仓的6台活化给料机根据上述情况活化选择系统 （自动选择开启个数和顺序并自动分配流量），根据闭环系统的设定最后趋于稳定。

3.4.3 活化给料选择算法

根据各个筒仓内料位高度将其按照高低顺序排列并与相应活化给料机进行关联，用以当作判断需要停活化给料机时选择停机顺序的依据。根据判断停机有同时停机2台和同时停机4台的情况，判断依据分为：

（1）设定量小于一定的值 （此值根据测试中根据经验得出最佳值）时；

（2）配仓时分配设定值小于一定流量时；

（3）闭环操作不能继续减小或继续增加流量的时候进行以料位高度为依据的活化给料机启动或者停止的动作。

3.4.4 活化给料闭环算法

活化给料闭环算法如图7所示。

（1）读取流量大小的设定值和皮带秤瞬时量数据，在检测到有活化给料机运行之后进行输出，初次扫描输出为从理论上的0流量 （实际有一个很小的流量），经过1min后开始进行闭环的给料操作，根据闭环程序设置开始对出料量设置值进行增加或者减少的调整动作，判断依据为流量设定值和皮带秤返回流量值的差值，其差值越大，每次扫描后需要调整的幅度更大，当判断所得差值越接近设定值，则调整幅度减小，最后稳定在设定值上下一个很小的可忽略差值范围内。

图7 活化给料闭环算法

（2）提前计算出选定筒仓到就近皮带秤皮带需要运行的时间，在此时间内不进行判断，达到此设定时间后判断一次，然后根据闭环设置对输出量进行处理，增大或者减小之后，经过相同时间进行下一次判断，周而复始，直到判断为在接近设定值后停止变化输出量，经过试验和记录，此过程大概持续3min后可以达到稳定。

（3）在一次达到稳定后，下次进行取料时如果设定值不发生变化则直接记忆上次的输出量进行给料，可以以最快的速度达到理论设定值，如果设定值发生变化，分为增大和减小两种变化，设定值增大后，则在上次闭环稳定的输出量基础上继续进行闭环操作，直到达到稳定，如果设定量减小，则根据减小的比例将上次闭环稳定后的输出量进行按同比例缩小进行输出然后继续上述的闭环动作。

4 筒仓集群智能取装实现

黄骅港现运行的管控一体化系统是全港指挥、实时生产管理的系统，基于的理念是管控一体化，三四期控制系统必须以此为基础，遵照管控一体化系统的要求进行控制生产，在生产中的所有管理所需的实时数据和生产数据要按照管控一体化系统要求的时间和格式进行数据反馈。管控系统中取料装船过程如图8所示。

图8 管控系统中取料装船过程

图9 取装线330813号流程

黄骅港三四期取装系统取装线330813号流程如图9 所示：BQ10-1 和BQ10-2→BC9-1→BM11。流程操作界面中包括的内容主要有：

（1）流程所带带式输送机的故障和运行信号，BQ 带式输送机上面每隔两个筒仓有一个皮带秤，一共12个皮带秤的瞬时量，分累积量和总累积量信息。

（2）通过流程操作界面可以设定活化给料机（图10）的总量和瞬时量，并可以显示所选用活化给料机的分累积量和总累积量，其数据曲线可以在右侧的趋势图里直观地表现出来。

（3）流程运行时上面例图会显示累积量值和对应的曲线图；通过此界面还可以读取流程故障、伸缩头故障、翻板故障、装船机故障等所有故障信号的汇总，并可以在右侧的故障列表中得以保存，通过报警确认和报警复位按钮可以对已消除的故障进行复位操作。

（4）界面中的操作还包括解锁操作、控制方式的切换、流程启动、停止和急停等。

（5）带速设定操作通过界面可以在0速和全速之间进行无级调速，右侧为滑动带速设定操作块，左侧为现场皮带速度返回数值。

活化给料机操作界面中包含了每个活化给料机的远程／机侧、运行、故障信号，启动、停止指令按钮，瞬时量的检测，分累积量和总累积量的显示等信息，总体操作界面如下图10所示。

图10 D8筒仓1-6号活化给料机

5 结论

神华黄骅港国内外首创使用大规模筒仓集群贮存煤炭，所有煤炭取装设备形成了一个完整的系统，互相协调配合，互为补充。经过了一年多的实践应用，该系统生产调度灵活，运行方式简单，设备管理集中化，作业效率较高，实践证明是一种很好的港口煤炭取装系统。该系统投入使用后，港口生产更加科学合理，资源利用更加充分，实现了效益的最大化。

［1］ 周家海.港口配煤系统的工艺技术研究.北京：交通运输部水运科学研究院，2010 （9）

［2］ 费海波.筒仓混配式港口配煤系统的技术分析.北京：交通运输部水运科学研究院，2011 （6）

［3］ 乔朝起，吕崇晓，闫育俊.黄骅港三期工程中央控制系统设计实现.天津：中交一航局安装工程有限公司，2013

［4］ 唐颖.基于专业配煤功能的环保型煤炭码头关键生产策略研究.武汉理工大学，2009

［5］ 闫海龙.秦皇岛港煤五期取装线流程逆向启动技术设计与实现 ［J］.交通节能与环保，2010 （2）