煤炭码头工程工艺流程控制系统设计与调试

冯 倩，陈伟良，鞠 进

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

惠州荃湾煤炭码头一期工程为设计、采购、施工总承包模式，本工程为新建工程，主要工艺设备有4台卸船机，20条皮带机，2台装车机，5台斗轮堆取料机，2台除铁器，10台除尘器等。工艺作业流程主要为卸船至堆场，堆场至装火车，堆场至外运共16条作业线。工程于2017年8月开始调试，截至2018年8月已完成8条作业线的重载试车工作。

1 工艺流程控制系统主要组成

工程控制系统通过在港区综合楼中控室设置一套PLC控制主站、在1#变电所、2#变电所各设置一套现场I/O站，每条皮带机头部设置一套就地区域箱（共20套）对皮带机沿线保护开关及现场设备进行控制及数据采集，在各转运站、皮带机沿线设置基地式控制器就近采集保护开关、卸船机、斗轮机、除尘器等工艺设备现场信号。PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制主站和现场各IO站、皮带机现场区域箱，通过工业以太网交换机及DP通信模块以冗余通信的方式进行通信。控制系统供电采用UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源），分别于综合楼机房、变电所内。

PLC系统选用的是西门子S7-400H系列，现场I/O站、皮带机区域箱、就地控制器选用国产湖南先步SSPCU系列智能控制器，内置DP总线接口及输入输出单元，对各工艺设备信号进行就地采集及传输，此方案与传统的将皮带机沿线保护开关的信号点对点进入皮带机头部的IO模块对比而言，可大大减少控制电缆的使用量，节省投资和降低施工难度，同时也提高了控制系统的稳定性。

2 工艺流程控制系统主要功能

所有输送作业线按工艺要求进行连锁，逆料流停止，顺料流启动，防止物料堆积。控制系统可实现对工艺作业线的就地控制、单机启动、远控、流程一键启停等，若故障时可实现对故障点上游设备瞬时停机，下游设备保持原工作状态不变等功能；控制系统具备监视报警功能，可对输送系统数据实时采集、处理；具备事件显示查询功能。

3 皮带机保护装置调试

皮带机保护开关调试前需满足施工图安装及接线等要求。调试前准备工作：变电所皮带机高压柜出线需在断开状态，相应皮带机就地区域箱需带电状态，相应皮带机控制系统接线及施工已完成。PLC系统软件、上位机显示界面已完成，各保护开关端子测压正常，基地式控制器工作正常，有指示灯显示的仪表显示正确。

（1）双向拉绳开关调试。工程采用的是手动恢复式拉绳开关，拉动拉线，带动控制杆触动触点，中控上位机显示相应拉绳开关动作红色报警信号，手动恢复后红色报警信号消失显示为绿色。

（2）两级跑偏开关调试。将跑偏开关检测滚筒拨动偏离初始位置20°角，中控上位机显示相应跑偏开关动作轻跑偏红色报警信号，继续拨动滚筒偏离初始位置至35°角，中控上位机显示相应跑偏开关动作重跑偏红色报警信号，松开滚筒恢复至初始位置后报警信号消失显示为绿色。

（3）皮带纵向撕裂检测装置调试。用力按压万向电缆式压力传感器，此时撕裂装置转换器DETECT指示灯亮，中控上位机显示皮带撕裂红色报警信号。去掉传感器上压力，并将撕裂装置转换器RESET按钮按下解除报警，中控上位机报警信号消失显示为绿色。

液压张紧检测开关及重锤式断带检测开关、料流开关、液力耦合器过温检测开关、制动器释放检测开关、溜槽堵塞开关等调试过程步骤同上。如调试过程中出现故障，需逐步排查接线、保护开关故障、基地式控制器故障、通信链路等问题，直到调试正常，中控可正确显示相关信号。

4 皮带机单机就地启动调试

（1）调试内容。对每条皮带机进行单机就地启动调试，检验皮带机就地区域箱机侧操作时能否正常启停，系统连锁是否正常。

（2）调试前准备。调试前高压电机电缆接线通过耐压测试；单条皮带机控制系统接线自检完成；皮带机区域箱内部接线自检完成；皮带机保护开关工作正常；制动器、加热器等辅控设备已供电。

（3）调试步骤。①现场巡逻及调试操作记录人员就位，中控室广播通知现场无关人员远离调试的皮带机，确认调试皮带机附近安全。②调试前准备工作确认已完成满足启动条件，机侧操作人员利用对讲机通知变电所操作人员合闸，变电所操作人员将电机高压柜选择在远控工作位。③就地操作人员确认变电所已合闸，将皮带机区域箱选择开关选择至就地位，区域箱电源指示灯亮，按下警铃预告按钮，保持20 s后按下制动器启动按钮，制动器松闸，制动器运行指示灯亮后按下电机启动按钮，电机运行指示灯亮后电机正常运行并保持运行30 min，按下就地区域箱停止按钮，制动器合闸，电机停止运行。④电机停止运行30 min后，重复上述步骤，启动电机，现场强制保护开关动作，检查是否满足控制系统连锁要求。

5 控制系统模拟联调

5.1 调试内容

在各皮带机电机高压柜选择试验位模式下，对控制系统通讯、工艺作业流程连锁、控制系统软件功能等进行测试。以下模拟联调、空载联调、重载联调具体调试步骤以CD1卸煤作业线为例。

CD1作业线：散货船→SU1/SU2/SU3/SU4卸船机→BC11【电磁除铁器】→BC21【电子皮带秤】→采样间→BC31→BC41→BC51→BC61→SR1斗轮堆取料机→1#条形封闭煤场。

5.2 调试步骤

（1）确认PLC系统及上位机系统能正常工作；确认上述2～4节中控制系统已调试完成，对于调试过程中出现的问题已处理；通过上位机显示确认现场各皮带机保护开关状态正确。

（2）作业线沿线安保及维修人员就位，作业线各皮带机高压柜选择在停止位，现场各辅助工艺低压设备已供电，确认皮带机现场区域箱、各辅助工艺设备控制箱选择开关处于“远控”位，中控向现场确认各工艺设备电气安全及现场安全，确认具备模拟启动作业线条件。

（3）中控进行广播通知即将模拟启动CD1作业线，利用对讲机通知变电所操作员将作业线皮带机BC11/21/31/42/51/61皮带机高压柜选在“试验”位并反馈至中控；变电所对卸船机及斗轮机送电，变电所操作员将相关送电信息反馈至中控，卸船机及斗轮机操作员反馈受电正常。

（4）中控操作员确认后，选择CD1作业线，一键模拟启动CD1作业线，此时卸船机、斗轮机、除尘器、除铁器等正常启动，模拟启动运行一段时间。依次进行强制保护开关动作、辅助工艺设备强制故障、紧急停机、单机点动停机、一键流程停机等动作，确认工艺流程及相关设备能按照连锁及作业要求启停及报警，至此模拟调试顺利完成进入系统空载联调。

6 系统空载联调

6.1 调试前准备及检查

顺利完成模拟联调后，对模拟联调中出现的问题已处理完成；确认各工艺设备能在设备故障及发生危险时能紧急停机；确认供配电、控制系统及通信系统能正常工作；通过中控上位机确认各皮带机保护开关正确显示、各辅助工艺设备处于远控正常状态；确认调试现场除调试人员外其余无关人员已撤离；确认现场警戒工作符合要求；确认皮带机润滑油已加好等。全部调试过程严格按照正式作业流程进行。

6.2 调试步骤

（1）模拟调试完成后，中控试车主管通过广播通知现场即将空载调试启动作业线，并通过对讲主机对现场各调试人员确认是否具备启动条件。

（2）确认具备启动条件后，试车主管命令变电所操作人员将各皮带机配电柜选择在远控工作位，变电所操作人员收到命令后操作完成并反馈至中控确认受电情况正常。此后试车主管命令中控操作员进行启动作业线相关操作。

（3）中控操作员进入荃湾煤炭码头一期工作控制系统操作界面，向SR1斗轮堆取料机发送允许堆料请求，SR1操作员收到信号后反馈中控，然后试车主管命令SR1启动堆料作业，SR1顺利启动。

（4）SR1顺利启动后，中控操作员进入流程选取页面选取CD1作业线，上位机显示CD1作业线流程选中，然后点击一键启动作业线，具体启动过程为：电动三通挡板自动切换到位流程完成预启→广播系统自动完成播放启动作业线→BC61至BC11依次逆流程完成声光报警预告，制动器释放，启动运行→除铁器运行→除尘器运行→卸船机运行并进行卸煤动作。试车主管通过中控的显示大屏随时观察设备运行情况，并与现场调试人员保持沟通，要求机组调试人员做好相关调试记录。

（5）CD1作业线保持连续运行30 min后，试车主管广播通知停止作业线，现场反馈确认安全后，命令中控操作员按一键停止作业线。中控操作员点击界面流程停止作业线。作业线按照顺流依次停止，直到流程中所有设备全部停止，上位机作业线显示灰色，流程顺利停止完毕。

（6）重复上述步骤多次启停作业线，确保每次启、停作业线间隔时间≥30 min。试车主管命令现场调试人员进行拉绳开关动作、跑偏开关动作、除铁器故障、除尘器故障、卸船机故障、上游设备故障、下游设备故障、紧急停机等调试。确认输煤程控系统具备数据采集、控制、监控画面显示、参数越限报警、事件记录等功能，系统运行状况良好，各项技术指标均达到设计要求。

（7）调试完成后，通知变电所对皮带机、卸船机、斗轮机的高压柜出线开关断开，相关调试人员做好调试记录。

7 系统重载联调

相应作业线空载调试完成，满足功能要求，进入重载试车，检验设备各项参数，直到通过验收，进入试运行阶段。

8 总结与展望

结合惠州荃湾煤炭码头一期工程项目，工艺流程控制系统顺利调试成功完成设计要求，满足生产运营功能。因为项目的工艺作业流程多，工艺设备多，这为整个调试过程增加了难度，调试步骤也相对繁杂，后期在调试剩余作业线的过程中应充分总结调试经验，避免出现同样错误，根据经验判断适当简化相关调试步骤。本项目调试试车流程，可为同类散货码头控制系统的调试工作提供参考。