杨柳1 金烜弘2
1.中国电建集团长春发电设备有限公司，吉林 长春130031 2.中国电建集团长春发电设备有限公司，吉林 长春130031
[摘 要]介绍了中国电建集团长春发电设备有限公司（以下简称公司）在改造邯钢集团#4A刮板机无人值守系统项目过程中，公司研发团队发现改造生产网络中单节点设备并不能有效的提高钢厂物料运输的生产效率，必须有一套覆盖整个生产网络的智能管控系统，而智能化料场管控系统不仅需要各节点设备控制智能化互联互通，还要构建每个节点设备完备的数据库，并且实现数据的交互共享，公司以邯钢#4A刮板机无人值守改造为契机，逐步完善#4A刮板机的智能控制系统和数据库，从而带动#4B刮板机、#4堆料机无人值守改造，逐步构建一料场的智能化架构。
[关键词]无人值守；智能化料场；刮板机；数据库；物料输送
1 前言
散料物流是指从卸料点至料场及从料场至料仓之间散料的运送设备及其控制设备，现阶段散状物料料场的物流控制系统大体分为系统皮带的控制系统和料场中各个节点设备的控制系统，两套系统都是由操作人员，通过对讲机接收中控室的物流生产安排，然后由人工操作设备对指定的料位进行堆/取料作业。两套系统只有简单的连锁信号通讯，所以状物料料场的物流控制系统基本是不同设备的多个独立的控制系统。这套系统无论是在数据采集还是设备控制全部都是由人工采集和操作。
本论文通过对料场建立标准信息数据库，将卸料点的来料种类、来料量或者料仓需要进料的种类和进料量写入到系统中，生成状态字并且读取数据库中存储相应物料种类的存储单元中的数据，再经过系统的数据处理单元进行数据分析、对比和计算等算法系统自动给出作业上产最优方案，最后系统会将作业区域的位置数据、启动方式生成字符串发送给节点设备PLC，从而实现散装物流智能管控。
2 散装物流系统现状
2、1邯钢散装物流系统概况
邯钢一料场如图1所示，为4个长为500米且分成7个料仓的条形煤场，每个料条的7个料仓存放着不同的物料，4个料条的装卸设备由6台刮板取料机和4台堆料机构成。其中1、2号料条分别有#1、#2刮板机进行取料，#1、#2堆料机进行堆料作业。3、4号料条分别由#3A、#3B两台共轨刮板机对3号料条进行取料，#4A、#4B两台共轨刮板机对4号料条进行取料，#3堆料机对3号料条进行堆料，#4堆料机对4号料条进行堆料，4个料条A、B、C、D的物流系统组成了整个料场的散料物流系统。
整个料场的散料物流系统堆料是通过系统堆料皮带将物流从卸料点输送至堆料小车，然后由操作人员控制堆料小车将物料对方在相应的存储区域，对于料场数据也都是由人工到现场进行采集、计算和统计；
通过对4号料条#4A刮板机和#4堆料机无人值守系统升级，将两种设备的智能控制兼容到一个系统中，同时加入料条的数据库，使得堆料机和刮板机可以同时读取和写入数据库，实现了单料条的智能化管控的基本功能。
2、2料场信息采集
目前散料料场内各区域的物料种类、剩余料量都是由人通过手写或者是手敲的方式记录在生产作业本子或者文档内，这种方式经常会出现错记或漏记，同时中控室的生产调度员在安排对不同物料进行堆料或取料作业时同时只是根据各料仓的种类进行物流生产安排，这就会导致料场中部分区域利用不合理，经常出现个别料区超量或限制，而且由于没有完备的料场数据信息，也会导致各个节点设备在作业时因为料区料量不足或超量不得不变更料区进行作业，从而中断物流作业。
2、3料场节点设备操作方式
各个节点设备（刮板取料机）的操作方式一般是操作员在设备上进行联动操作或者半自动操作，其中联动操作状态下，刮板机是可以一键式启动，各个机构根据运行关系先后自动启动，但是整个作业过程需要操作员对设备一直进行操作，这就导致操作人员的工作强度大，而且目前料场多为封闭料场，作业环境比较恶劣。而半自动操作是操作人员可以通过触摸屏设定刮板取料机的作业区间，设定完毕后刮板机根据设定好的参数在指定区域内自动作业，这种方式虽然可以有效的降低操作人员的工作强度，但是仍然需要操作人员在设备上，工作环境恶劣，还有半自动模式下，操作人员先是要手动找到要作业区域，并且将刮板取料机的刮板位置对准作业的切入点，再通过设定料堆的另一边界来实现刮板取料机的半自动运行。这样就会导致作业误差比较大，不能保证作业效率。
3 智能化料场架构方案
3.1 系统性能分析
通过对料场建立标准信息数据库，将卸料点的来料种类、来料量或者料仓需要进料的种类和进料量写入到系统中，生成状态字并且读取数据库中存储相应物料种类的存储单元中的数据，再经过系统的数据处理单元进行数据分析、对比和计算等算法系统自动给出要作业的区域，并且将该区域的位置数据与各节点设备的位置数据进行对比分析，最后系统会将作业区域的位置数据、启动方式生成字符串发送给最优的节点设备PLC，PLC会根据字符串的信息将设备自动运行到目标区域，并且自动启动设备进行作业。当设备作业达到预定作业量或者人工干预的情况下，设备停止作业。这套系统不仅可以实现料场数据的自动统计、实时更新、建立了一套完备的料场信息数据库的管理模式，同时结合各节点设备的无人值守技术，还升级了设备无人值守系统的智能化，大大降低了设备操作人员和中控室生产调度人员的工作强度以及由于人为原因造成的误操作或者是信息误统计等问题，使得整个料场的物流生产的控制和管理更加智能和规范，系统皮带与各节点设备的数据通讯更加及时准确，控制连锁更加智能和稳定。
2.2系统组成
一台工控机（包括一套上位机软件）、一套数据处理单元服务器、无线通讯电台、交换机、用于采集料场料堆重量的检测装置（安装在系统皮带上的电子皮带秤或安装在设备上的盘煤仪）、标准数据库SQL Server 2019、各设备PLC与数据处理单元服务器Modbus Poll通讯连接。
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1—工控机（包括一套上位机软件）；2—数据处理单元服务器；3—无线通讯电台；
4—交换机 ；5—用于采集料场料堆重量的检测装置（安装在系统皮带上的电子皮带秤或安装在设备上的盘煤仪） ； 6—标准数据库SQL Server 2019 ；7—各设备PLC与数据处理单元服务器Modbus Poll通讯连接 ；
3.2系统实现步骤
通过对料场进行测绘并建立料场坐标系并将刮板取料机和堆料小车的编码器数据与料场坐标系相对应；
通过无线通讯电台，将系统皮带和各节点设备的PLC与中控室的上位机和数据处理单元服务器进行数据通讯，并在各节点设备的PLC中加入远程控制程序段和自动作业的程序段；
根据A、B、C、D四个料条中七个料堆存储区域在数据库中建立28个数据存储单元，其中除了包括每个料堆存储区域的“边界数据”、“料堆种类”、“料堆密度”、“自然安息角”、“料堆高度”、“料堆重量”、“料堆边界”等这些物料数据信息，这些数据都是通过安装在系统皮带的电子皮带秤或者安装在设备上的激光扫描仪采集的数据信息，还有各节点设备在该区域的历史作业数据，例如“X#刮板取料机的作业时间”、“X#刮板取料机的刮板高度”、“X#刮板取料机的取料量”、“X#堆料小车作业时间”、“X#堆料小车的堆料高度”、“X#堆料小车的堆料区间”、“X#堆料小车的堆料量”等；
中控室操作人员根据卸料点来料的种类和来料量或料仓需要进料种类和进料量在上位机中输入要卸料或取料的种类和料量，并在上位机中生成一个自动作业命令的字符串，字符串中包括：作业方式（堆料/取料）、物料种类、物料重量等信息；
上位机将这个字符串发送给数据处理单元服务器，服务器根据字符串读取数据库中符合要作业的物料种类相同的数据库信息，并且根据要作业的物料重量与数据库中的料量数据进行对比、分析和计算，自动计算出最符合本次作业的作业区域，并且系统还会通过计算出的作业区域的“区间坐标”、“料堆高度”、“料堆边界”等数据和输入的字符串中“作业方式”的数据计算出要作业的节点设备，然后将这些数据以状态字和字符串的方式发送给相应节点设备PLC中；
各节点设备的PLC受到系统的作业指令后，会根据状态字的信息依次自动启动设备的相应结构，然后根据字符串的数据对比，自动定位要作业的料堆，然后自动找到作业的切入点，根据“料堆高度”、“料堆边界”、“自然安息角”等数据设备会对料堆进行精准的自动作业，直到人为干预停止或完成预定的作业总量后自动停止。
4 搭建料场数据库
4.1 建立4号料条的料场信息数据库
4.1.1 4号料条数据采集
4号料条料场数据采集是通过安装在#4A刮板机横梁两侧的激光扫描仪采集的，采集的料场数据保存在激光扫描服务器中，激光扫描仪参与自动取料的边界控制，激光扫描服务器与PLC做了Modbus Poll的通讯连接，设置PLC的IP地址：192.168.0.1。
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4.1.2 创建4号料条数据库
打开SQL Server Management Studio创建4号料条Wincc的数据库并根据料条7个料仓和物料种类配置数据库，“line No.”代表料条，“warehouse_NO.”代表料仓，“pile_No.”料堆，“materials”代表物料种类等等。
4.1.3 在上位机中编写读取数据库的脚本
Wincc数据库的概念详解，Wincc的Object对象ADODB，在Wincc内部如果要使用对象，必须先创建，创建ADODB的代码如下：
Dim Conn
Set Conn=Createobject(“ADODB.Connection”)
创建完ADODB对象后，要对对象的ConnectionString属性进行赋值，赋值代码如下：
Dim sPro, sDsn , sSer,sCon
sPro = "Provider=SQLOLEDB.1;"
sDsn = "Password=sa;Persist Security Info=True;"
sSer = "User ID=sa;Initial Catalog=RBJX_ Traceability;Data Source=DELL-PC\WINCC"
sCon = sPro& sDsn & sSer
Conn.ConnectionString= sCon
在脚本中加入重量计算公式。
4.2 新的智能化管控系统架构
通过建立完备的料场信息数据库，可以及时、准确的采集、计算料场中料堆的分布情况、剩余总量等信息，同时通过数据处理单元服务的算法加持，让整个物流系统中各节点设备更加智能化，不仅让设备实现了无人值守的功能，并且还将无人值守的控制功能扩大到管理功能上，让操作人员和生产调度人员合二为一，通过进行简单的生产作业下单操作就可以系统就可以实现自动派单给相应的设备，同时设备还可以自动对相应的料堆进行精准作业。大大降低了操作人员的工作强度的同时，更加降低了整个系统的人员配置要求，而且本系统还大大规范了散料物流行业中的控制管理的作业流程，通过对前端物料运输端的智能化管控升级，倒逼生产过程的标准化、规范化和智能化，是未来工业自动化升级的一大趋势。
5 结束语
基于无人值守系统的智能化料场架构方案通过数据库技术，将激光盘煤仪等传感器采集的料堆数据，通过自动读取、计算、更新实现了料场信息数据的自动化建立，又结合智能算法和与各节点设备PLC智能化编程，不仅可以做到让设备实现无人化操作，而且更加完善了现有散料装卸设备无人值守功能，操作人员只需要根据卸料点来料情况或料仓进料要求，创建物流生产任务单，并生产生产指令字符串，系统就会根据字符串中，取料/堆料状态字、物料种类状态字等信息对数据进行对比、分析、计算，以最优的作业方式自动匹配设备堆相应的区域进行自动化作业。本系统大大降低了操作人员的工作强度，完善了料场信息的存储、更新，更加规范了散料物流的生产流程，节省了个各节点设备的操作人员，而且通过搭建一套完备的料场信息数据库，还可以为日后与生产端的智能建设提供完备的数据支持，从而做到从生产到物流管控一体的工业智能化升级。
参考文献
［1］罗首章、丁守虎.模拟系统在“料场智能化管理系统”中的应用.宝钢技术.2002.?
［2］车彦亮.料场智能化预配料系统开发应用.山东冶金重，2011.
［3］郭建明.邢晨.WinCC组态软件中自定义复杂报表的实现［J］.工业控制计算机;2007年02期.
［4］李存有. 基于PLC和网络通讯技术的带式输送机监控系统[J]. 电子技术与软件工程,2019(01):102.