李江恒，趙燕熙

(鶴慶北衙礦業(yè)有限公司，云南 大理 671507)

0 引 言

隨著大型露天礦剝采工藝技術(shù)升級(jí)，半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)向大運(yùn)量、長距離、高帶速方向發(fā)展。半連續(xù)廢石輸系統(tǒng)主要由破碎系統(tǒng)、膠帶輸送系統(tǒng)和排土機(jī)三大板塊構(gòu)成，但由于各大板塊是由不同生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)安裝，存在整套系統(tǒng)距離長、設(shè)備分布不集中、傳統(tǒng)自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)融合性差等問題，已無法滿足大型半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)的生產(chǎn)運(yùn)營需求。本文提出在傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中引入無線通訊[1]、物聯(lián)網(wǎng)[2]等技術(shù)協(xié)助生產(chǎn)運(yùn)營調(diào)度，同時(shí)提高系統(tǒng)故障處理效率。巨控科技的GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊[3]是巨控云平臺(tái)數(shù)據(jù)采集的通訊終端，在半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)各個(gè)站點(diǎn)PLC控制器建立通訊連接后，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳至巨控云平臺(tái)共享，實(shí)現(xiàn)多終端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)PLC控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、維護(hù)等功能。

1 半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)續(xù)系統(tǒng)概述

鶴慶北衙礦業(yè)有限公司落家井排土場擴(kuò)容工程半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)是一套外排采剝廢石的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，排土工藝為“汽車輸送+輸送帶排土”模式。該工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)全長5.6 km，輸送帶寬度1.8 m，最高運(yùn)行速度5.6 m/s，PA200移動(dòng)型履帶式排土機(jī)最大上排高度20 m，有效堆排半徑20～110 m。整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定產(chǎn)能為8 000 t/h，最高峰值可達(dá)9 600 t/h。

該系統(tǒng)工藝流程：通過自卸貨車將采坑剝離的露采廢石運(yùn)輸至兩臺(tái)半移動(dòng)式破碎機(jī)入料口，經(jīng)破碎后，由破碎機(jī)排料皮轉(zhuǎn)載到排土場外三臺(tái)固定式膠帶機(jī)和排土場上兩臺(tái)移置式膠帶機(jī)，再通過排土機(jī)在排土場堆排，最終實(shí)現(xiàn)露采廢石排出。工藝流程如圖1所示。

2 半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)

本文提出的基于云平臺(tái)的半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控[4-6]設(shè)計(jì)包括五部分：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)通訊配置、遠(yuǎn)程下載配置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫配置。

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)破碎站、5臺(tái)膠帶機(jī)和排土機(jī)的控制系統(tǒng)使用6臺(tái)西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過光纖連接構(gòu)成高速光纖環(huán)網(wǎng)[7]作為整套半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)的控制主干網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)站點(diǎn)的PLC控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)接口接入主干網(wǎng)絡(luò)。GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊通過備用節(jié)點(diǎn)交換機(jī)接入控制系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)。半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)和GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊通過光纖環(huán)網(wǎng)和破碎系統(tǒng)、膠帶輸送系統(tǒng)、排土機(jī)建立通訊連接，模塊使用有線網(wǎng)絡(luò)、WiFi或移動(dòng)4G接入巨控云服務(wù)器。

圖2 半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊網(wǎng)絡(luò)配置包括：模塊與PLC網(wǎng)絡(luò)連接配置，模塊與巨控云平臺(tái)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接配置。GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊LAN接口用于和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)站點(diǎn)的PLC控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，使用網(wǎng)線將模塊接入備用節(jié)點(diǎn)交換機(jī)。模塊LAN口IP地址和半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)IP配置成同一個(gè)網(wǎng)段。

GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊與巨控云平臺(tái)服務(wù)器三種網(wǎng)絡(luò)連接配置：①有線連接：WAN接口接入外網(wǎng)的路由器，配置連接的路由信息；②WiFi連接：模塊安裝WiFi天線，配置可連接WiFi路由器信息；③移動(dòng)4G：模塊安裝4G天線，4G卡插入模塊的SIM卡槽。

2.3 系統(tǒng)通訊配置

GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊支持多種工業(yè)控制器的通訊連接協(xié)議，整套半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)的PLC有3種類型，其中，帶式輸送機(jī)的控制器是西門子S7-414H系列，破碎站的控制器是西門子S7-1500系列[8]，排土機(jī)的控制器是AB 1756-L73S系列。

使用巨控科技提供的專用開發(fā)軟件GRMDEV軟件[3]，選擇專用通訊協(xié)議分別與破碎站的4臺(tái)西門子S7-1500系列PLC、五臺(tái)輸送機(jī)的五套西門子S7-414H系列冗余PLC和排土機(jī)的AB 1756-L73S系列PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊連接[9]。

2.4 遠(yuǎn)程下載配置

使用巨控GVCOM3遠(yuǎn)程下載軟件專用的透傳模式[3]在調(diào)試電腦生成一個(gè)虛擬網(wǎng)卡TAP-WIN32 Adapter V9，并將虛擬網(wǎng)卡IP地址和半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)IP設(shè)置成同一網(wǎng)段。在編程軟件的通訊接口選擇虛擬網(wǎng)卡TAP-WIN32 Adapter V9，工程師可通過有線網(wǎng)絡(luò)、WiFi和移動(dòng)4G對(duì)半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)[10-12]。

2.5 數(shù)據(jù)庫配置

完成設(shè)備通訊配置后在GRMDEV軟件添加需要鏈接數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫并配置數(shù)據(jù)鏈接屬性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和PLC寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。添加數(shù)據(jù)庫和屬性設(shè)置如圖3所示。

圖3 新建數(shù)據(jù)庫和屬性設(shè)置

完成GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊的網(wǎng)絡(luò)、各個(gè)站點(diǎn)PLC模塊通訊和數(shù)據(jù)庫的配置，項(xiàng)目工程基本完成。在GRMDEV軟件中進(jìn)行校驗(yàn)通過后就可以在本地模式將配置好的工程下載到模塊，GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊即可與破碎站、五臺(tái)輸送機(jī)、排土機(jī)的PLC主動(dòng)通訊。

3 半連續(xù)輸送系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)仿真

本文借助巨控科技提供的云監(jiān)控服務(wù)器搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，將GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊項(xiàng)目工程配置下載到模塊后，生產(chǎn)運(yùn)營工作人員可使用手機(jī)下載專用APP或登陸Web網(wǎng)頁訪問云平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)云共享。工程師和技術(shù)員可使用TIA Portal V13、SIMATIC Manager和Studio 5000等編程組態(tài)軟件對(duì)半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)的各個(gè)站點(diǎn)控制程序進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)控、調(diào)試和上傳/下載等維護(hù)工作。

3.1 Web網(wǎng)頁和APP遠(yuǎn)程訪問云平臺(tái)

在PC上用瀏覽器打開巨控云平臺(tái)的網(wǎng)址www.yunplc.com，登錄頁面輸入GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊設(shè)備信息，就可訪問巨控云平臺(tái)服務(wù)器，如圖4所示。

圖4 Web網(wǎng)頁訪問界面

手機(jī)下載巨控云平臺(tái)APP，在APP設(shè)備管理界面上配置GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊的設(shè)備信息，就可通過4G或WiFi訪問巨控云平臺(tái)服務(wù)器，如圖5所示。

圖5 手機(jī)APP訪問界面

3.2 Web網(wǎng)頁和APP遠(yuǎn)程監(jiān)控

Web網(wǎng)頁和手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)控半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)界面如圖6和圖7所示。

圖6 Web網(wǎng)頁遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

圖7 手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

通過使用該監(jiān)控平臺(tái)，生產(chǎn)管理人員不必親自前往惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場，在辦公室、出差或休假等均可實(shí)時(shí)掌握廢石輸送系統(tǒng)的運(yùn)行速度、物料的運(yùn)輸量、輸送系統(tǒng)變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，結(jié)合生產(chǎn)需求進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度和指揮現(xiàn)場操作人員?，F(xiàn)場操作人員收到生產(chǎn)管理人員下達(dá)的指令后參考手機(jī)APP監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)做出快速準(zhǔn)確的調(diào)整，保障半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)運(yùn)行效率；還可通過手機(jī)APP隨時(shí)監(jiān)控該輸送系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)預(yù)測和排查設(shè)備異常情況，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。

3.3 遠(yuǎn)程系統(tǒng)維護(hù)

通過GVCOM3遠(yuǎn)程下載軟件配置GRM533YW-C工業(yè)控制通訊模塊透傳模式，使用PLC編程軟件與現(xiàn)場的PLC控制器建立虛擬在線連接網(wǎng)絡(luò)通道,對(duì)廢石輸送系統(tǒng)控制程序遠(yuǎn)程下載、調(diào)試、故障診斷[13]等系統(tǒng)維護(hù)，虛擬通訊網(wǎng)絡(luò)[14-15]建立如圖8～10所示。

圖8 GVCOM3遠(yuǎn)程下載軟件運(yùn)行界面

圖9 博圖V13在線連接設(shè)置界面

廢石輸送系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境惡劣、設(shè)備故障率較高且發(fā)生故障時(shí)經(jīng)常需要專業(yè)維護(hù)人員在線查看控制系統(tǒng)程序進(jìn)行故障診斷分析?，F(xiàn)通過GVCOM3遠(yuǎn)程下載軟件建立虛擬通訊網(wǎng)絡(luò)，工程師等專業(yè)人員不必奔赴現(xiàn)場就可遠(yuǎn)程在線監(jiān)控廢石輸帶系統(tǒng)所有控制程序并對(duì)故障診斷分析及系統(tǒng)維護(hù)。

4 結(jié) 語

本文提出了在大型露天礦剝采半連續(xù)工藝的控制系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)、無線通訊等技術(shù)，借助巨控云平臺(tái)第三方服務(wù)器實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)云共享，使用手機(jī)APP或PC終端對(duì)整套半連續(xù)廢石輸送系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。本文提出的方法在半連續(xù)剝采工藝中應(yīng)用，有效地降低管理人員、工程師和技術(shù)

圖10 TEP 7編程軟件中設(shè)置PG/PC接口界面

員等相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率以及控制系統(tǒng)故障處理及時(shí)性，使生產(chǎn)調(diào)度和信息管理更具時(shí)效性、準(zhǔn)確性，有助于整套廢石輸送系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效[16]的運(yùn)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將是礦山傳統(tǒng)自動(dòng)化控制[17]的升級(jí)改造新方向，也是礦山傳統(tǒng)工藝控制逐步向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化方向發(fā)展的開端，下一步將推廣應(yīng)用至公司內(nèi)的選礦、冶煉和尾礦處理等生產(chǎn)工藝中，搭建公司整體的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，形成礦山專用生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)。