杨瑞华 孟松坡

摘 要：随着国家“一带一路”发展战略规划的推进，一些铁路、城轨交通、海绵城市、地下管廊等大型项目基础设施建设任务已经拉开序幕。在这些重点项目逐步推进和落地环境下，对砂石骨料的刚性需求日益增大，传统的砂石骨料生产线已无法满足目前市场的需求。随着计算机技术、自动化控制技术、智能化控制技术、集成化控制技术的发展，越来越多的砂石骨料生产线也引入了“自动化控制系统”“智能化控制系统”“集成化控制系统”“无人化控制系统”来服务生产线。实现了砂石骨料线的“快速”“安全”“稳定”的生产要求；同时也实现了“绿色矿山”“和谐矿区建设”的要求。文章详细分析了智能控制系统在砂石骨料行业中的应用。

关键词：智能；骨料；自动化控制

1 早期砂石生产线生产情况

早期的砂石生产线一般无法实现自动化，生产系统集成化、智能化、环保化的控制要求一般是简单地在一些设备周围固定一些设备的现场控制箱来启停设备，现场接线不规范，易出现“蜘蛛网”的现状。没有系统的控制监控系统，生产线上的胶带输送机易出现打滑、跑偏、撕裂；喂料机口易出现喂料不均匀，堵料现象；振动筛易出现振动量忽大忽小，下料不均匀；成品库易出现不知现存料的多少、售料系统易出现作弊等现状。这样整个生产线只能靠生产管理人员的责任心以及管理经验来生产，严重制约了生产线的机动性和生产产量的提高，同时环保不到位，也对环境破坏严重[1]。

2 引进自动化、智能化、集成化的控制系统

针对目前砂石骨料生产线现存的问题，我们经过研究与实践，把生产线上各个设备用自动化技术串接起来，实现了集成的控制模式，同时也实现了无人化的操作手段。控制串接拓扑图如图1所示。

其中PC1与PC2为中控系统的工业级计算机（在中控室），二者之间互为冗余系统，以UPS不间断电源为其供电，保证控制系统不受厂区停电的困扰。

3 系统的具体控制

该控制系统完全采用德国西门子工业自动化家族的软硬件设备，主控制器采用西门子高级可编程控制器S7-1500 CPU系列为核心，现场级通过拓展西门子分布式远程IO分为各个电离室的分站点（破碎电力室站点、筛分电力室站点、成品库电力室站点）主机CPU与各个电力室分站点采用“快速”“稳定”“防干扰”的PROFINET现场总线技术（以光纤环网为传输介质）进行衔接。主机CPU与中控室的上位机软件进行链接，二者同为西门子品牌，之间存在无限兼容性[2]。该控制系统的网络拓扑图如图2所示。

4 系统控制模式与逻辑关系

该系统中具有3种控制方式：上位机自动控制，上位机手动控制，现场操作箱控制。其中现场操作箱控制权限最高，上位机手动控制次之。三者之间可以相互转换[3]。

4.1 上位机自动控制（连锁控制）

在整条线生产工程中设备存在连锁关系，例如开机连锁（只有下游设备开启后才能开上游设备），关机连锁（正常情况时候上游设备关机后才可以关下游设备，非正常情况具有急停功能）。该连锁的优越性体现在：减少操作人员的误操作，减少事故发生，使整条生产线安全健康地启动，同时系统程序拥有自检功能，时刻提醒操作人员设备的运行状态，使设备故障消除在开机前状态，避免给公司造成损失。

4.2 手动启动控制

整个生产系统的每台可控设备都具有手动功能，此功能用于整条生产线的初期调试阶段和后期某个设备维修阶段与设备打油（设备需要手动）。同时在系统自动启动没有启动完（故障原因）时用于连锁自动启停的补充功能。

4.3 现场操作箱控制

当设备维护人员在现场通过现场箱上的旋钮打到现场级的时候，就可以通过现场操作箱上启动，停止按钮进行现场控制设备（设备检修、设备调试阶段用）。

5 智能售料系统的方案

由于目前国内的砂石生产线多为露天生产，现场生产与售料系统容易出现混乱，故设计了无人值守的刷卡装车系统，减少了无人化操作与作弊的现象。

无人值守进料系统是结合人们多年的矿山管理经验，自主研发的一套无人值守自动过磅系统，可以实现原石拉运计重的自动记录，全程无需人员值守，可以很大程度节省人力。系统内置详细的报表统计功能，可以查询每趟过磅记录，方便财务人员进行财务统计。系统拥有多种检测算法，可以有效防止作弊，保证系统安全稳定运行[4]。

5.1 制卡环节

司机先将空车行驶至地磅上，操作员根据地磅读数将车辆的皮重、车辆车号、ID卡卡号等信息存入系统，数据记录成功后，操作员将ID卡片发放给司机。

5.2 ID卡安装

司机将领取的ID卡放入车内，张贴到前挡玻璃中间位置，以后每次过磅的时候系统自动读取ID卡，查找该车辆信息。

5.3 过磅环节

司机将重车开上地磅，系统中的远程读卡器可以远距离扫描到车内的ID卡根据卡内的信息，即可在系统中查找当前上磅车辆的信息。并且自动将该车信息记录至数据库中，同时地磅旁边装有LED屏幕，提示司机上磅或者下磅，并显示该车辆的进料次数与进料重量等信息，同时地磅旁边的摄像机会自动抓拍图片并上传至服务器。

5.4 打票环节

可以在系统设置每过一车打印一张小票，司机可以每次过磅后去磅房自行取走自己的小票。也可以在系统中设置批量打印小票，这样可以在每次下班前统一打印过磅小票。

6 结语

该系统通过对砂石生产厂家的旧线改造和新线的建立，发现该控制效果稳定度高，生产产量比未引进该系统之前有大幅度的提高，所有的设备都能进行集中监控，原来时产1 000 T/H的整条线，开机时间由原来的30 min缩短到5 min，生产产量提高到1 500 T/H，降低了设备故障率，缩短了设备检修时间，更重要的是提高了产品质量，减少了污染，实现了砂石行业的生产要求：“既要金山银山，也要绿水青山”。

[参考文献]

[1]任清晨.电气控制柜设计制作—电路篇[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2]姜新桥.电机电气控制与PLC技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2016.

[3]范国伟，刘一帆.电气控制与PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[4]卢京湖.自动控制原理[M].2版.西安：西北工業大学出版社，2009.