工程概况：
国电浙江北仑第一发电有限公司期工程一输煤系统的储煤场共配有三台斗轮堆取料机（以下简称斗轮机），其中＃1斗轮机用于装卸船作业，不具备进仓能力；＃2、＃3斗轮机可互为备用，为一期两台600MW机组堆煤/供煤，即向储煤场堆煤、取煤或直接向煤仓间输送原煤。
三台斗轮机均由日本三菱重工业株式会社设计、供货，其中钢结构部分分包给杭州重型机械厂制造，工程在1988完成，致今已经有将近20年的历史了，考虑到老系统备品备件已经很难购买，加上原来的系统也存在一些不足之处需要改进，为延长系统的工作寿命及改进原来的不足之处提高系统的工作效率，经过厂方的讨论决定对其自动化控制部分进行彻底的系统改造。
斗轮机主要设备包括：大车行走机构、悬臂回转机构、悬臂俯仰变幅机构、斗轮机构、悬臂皮带机、尾车皮带机及其它附属机构。
三台斗轮机原控制系统均采用日本欧姆龙（OMRON）公司C2000H系列双机热备PLC控制系统，为实现与输煤系统中央控制室（简称：煤控室）的信息交换，在斗轮机上电气室内还单独安装了一套美国Rockwell Automation公司的远程I/O（1771 ASB）站，通过点对点硬接线的方式与C2000H PLC的IO模块进行数据交换。
斗轮机的回转动力机构采用的是日本安川公司（YASKAWA）的可控硅直流调速系统Varispeed-505WⅡ Drivers，用它来驱动回转机构的是直流电机，接收PLC的控制指令及模拟量速度给定信号，根据回转角度等因素，进行回转速度调整。
原控制系统的配置如下表所示：
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设备名称 |
型号规格 |
制造厂 |
装机数量 |
备注 |
连接设备 |
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C2000H主机 |
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CPU |
3G2C5-CPU01-E |
OMRON |
2 |
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CPU机架 |
3G2C5-BC001 |
OMRON |
2 |
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双单元 |
3G2C5-DPL01 |
OMRON |
1 |
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电源 |
3G2A5-PS221-E |
OMRON |
1 |
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I/O站 |
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I/O机架 |
3G2C5-BI082 |
OMRON |
1 |
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I/O可移式辅助单元 |
3G2C5-IOD01 |
OMRON |
1 |
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I/O控制单元 |
3G2A5-II101 |
OMRON |
1 |
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I/O电源 |
3G2A5-PS222-E |
OMRON |
1 |
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连接电缆 |
3G2A5-CN111 |
OMRON |
1 |
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I/O单元直流输入模块ID219 |
3G2A5-ID219 |
OMRON |
1 |
64bity |
驾驶室按钮等 |
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I/O单元晶体管输出模块OD412 |
3G2A5-OD412 |
OMRON |
1 |
32bity |
点对点连1771-AB |
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I/O单元晶体管输出模块OD212 |
3G2A5-OD212 |
OMRON |
1 |
32bity |
到驾驶室指示灯 |
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I/O单元晶体管输出模块OD213 |
3G2A5-OD213 |
OMRON |
1 |
64bity |
到驾驶室LED指示 |
|
I/O单元交直流输入模块IM212 |
3G2A5-IM212 |
OMRON |
1 |
32bity |
点对点连1771-AB |
|
I/O单元模数转换输入模块A/D004 |
3G2A5-AD004 |
OMRON |
1 |
32bity |
回转速度给定 |
|
I/O单元数模转换输出模块D/A004 |
3G2A5-DA004 |
OMRON |
1 |
32bity |
输出到直流调速 |
|
I/O高速计数器模块CT001 |
3G2A5-CT001-E |
OMRON |
1 |
64bity |
大车行走编码器 |
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扩展I/O站 |
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I/O机架 |
3G2C5-BI083 |
OMRON |
1 |
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|
I/O可移式辅助单元 |
3G2C5-IOD02 |
OMRON |
1 |
|
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|
I/O接口单元 |
3G2A5-II002 |
OMRON |
1 |
|
|
|
I/O电源 |
3G2A5-PS222-E |
OMRON |
1 |
|
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I/O单元晶体管输出模块OD212 |
3G2A5-OD212 |
OMRON |
1 |
32bity |
启动警铃 |
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I/O单元直流输入模块ID218 |
3G2A5-ID218 |
OMRON |
1 |
32bity |
IHI的12位编码器*2 |
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I/O单元交流输入模块IA223 |
3G2A5-IA223 |
OMRON |
4 |
32bity |
外部保护 |
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I/O单元触点输出模块OC224 |
3G2A5-OC224 |
OMRON |
1 |
32bity |
输出 |
|
I/O单元触点输出模块OC223 |
3G2A5-OC223 |
OMRON |
1 |
16bity |
输出 |
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REMOTE I/O |
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PLC-3/10内部电源 |
1775-P2 |
AB |
1 |
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REMOTE I/0适配模块 |
1771-ASB |
AB |
1 |
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连ControlLogix |
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DC-32点输入模块 |
IN 1771-IVN |
AB |
2 |
32bity |
点对点连OMRON |
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DC-32点输出模块 |
1771-OBN |
AB |
2 |
32bity |
点对点连OMRON |
系统改造的目的：系统升级期望达到的目的：
1. 提高设备投用率，确保设备正常连续使用；
2. 缩短系统反应时间，提高设备操作性能；
3. 提升故障诊断和设备消缺的能力；
4. 应用最新技术，提高科技含量，增加系统工作效率；
5. 系统具有可扩展能力，方便灵活应用；
6. 提高系统操作的舒适性；
7. 与现输煤系统能够做到产品通用，降低库存备品；
8. 与现输煤系统能够做到数据的直接交换，减少中间环节。
工况：
日工作班次：3班制；
每班运行时间：6~8小时
年平均运行小时数：5500小时
针对以上的技改要求，我公司提出了我们的技术改造方案，再得到甲方的认可之后，我公司工程部的工程师依据我们公司提出的技改方案首先对北仑电厂一期输煤系统的＃3斗轮机进行了技术改造，并在168试运行之后顺利的通过了厂方的验收。
应为厂方给我们技改调试的时间只有7天，时间非常紧迫，所以在工程实施之前我们做了大量的准备工作。实践证明，我们的准备工作是充分的。
以下是我们公司提出的技改方案：
1．PLC(控制器)： 为方便与一期输煤程控现有的ControlLogix实现完全的数据交换，与现输煤系统能够做到产品通用，降低库存备品，采用A-B的ControlLogix系列PLC。CPU采用1756-L61，加Compact Flash卡；数字量输入、输出采用32点模块，加中间继电器进行隔离；模拟量采用16点模块（使用差分通道接入）。具体点数配置和原来的OMRON控制系统配置一样。
2．通讯网络：考虑斗轮机这种移动设备的特殊性，更换控制电缆用以更换通讯媒质成本太高，工期也太长，所以我们选择利用原先双绞屏蔽线的Remote I/O电缆，作为主网络，使用DH＋协议；另外用稳定、可靠的工业级无线通讯作为备用网络，当主网络故障时，自动切换到无线的热备网络，无线通讯选用美国Data-Linc的产品；PLC机架之间连接采用冗余的ControlNet网络，PLC到设备层的通讯采用DeviceNet网络。在这里我们使用了Rockwell Automation公司的3层网络，各层网络之间的数据交换实现了无缝连接。
3．悬臂回转机构：原直流电机额定电压DC200V，额定功率15kW，额定转速1750r/m，现改成交流变频无级调速驱动，该交流变频器选用安川电机的Varispeed G7系列，通讯采用DeviceNet网络，配置出线电抗器；配套电机为江西特种电机厂生产的YPB180L-4系列变频电机,选用额定功率22kW；回转机构停车时的惯性较大，所以配置了变频器的制动单元，也是安川产品与之配套。
4．大车行走机构：由8台11KW/2.75KW的电机组成，原系统电机采用4/16P二档变极调速，串电阻启动，额定电流22/14.7A；现用交流变频调速，短接16P方式的三端当4P普通电机用；变频器选用谐波对电机绝缘损伤小的安川电机的Varispeed G7系列变频器，通讯采用DeviceNet网络，配置出线电抗器，数量两套，每套驱动4台电机，以便一套损坏时，另一套可拖动大车到锚定位置；大车停车时的惯性较大，所以配置了变频器制动单元，也是安川产品与之配套。
5．悬臂皮带(132KW)、尾车皮带(160KW)、斗轮机构(75KW)：为了读取电机相电流等更多信息，采用AB公司的固态热继电器E3-PLUS，通过工业总线（DeviceNet网络）把各参数送到PLC，同时把信息送到驾驶室HMI（GE的触摸屏）和位于中控室的一期操作员站RsView上显示。
6．驾驶室HMI：驾驶室应设置各被控机构工作和故障状态的指示和报警，采用GE 12”触摸式彩色液晶显示屏，用于实时故障信息或状态的显示。 HMI与PLC之间采用EtherNet通讯。取消了原先陈旧的发光二极管显示方式。更佳方便驾驶员的操作。
7．新增加控制电缆、动力电缆、水管卷盘检测装置，主要在驱动链条断裂后，卷盘内电缆全部松散时报警，并联锁停大车；根据现场的实际情况，我们的方案是在卷盘旁安装测速装置，当超速时，送DI信号到PLC。
8．新增超声波测距探头，替换原水银开关，型号为VEGCSON 84K，输出4-20mA电流信号，用于自动堆料方式下的煤堆高度检测，要在原I/O点基础上增加1个AI信号。使用效果不错，精度比较高，信号也相当稳定。
9．更换原先的3个增量型编码器（大车、回转、俯仰各一个编码器），改成基于DeviceNet的绝对值编码器，品牌Turck，通讯使用DeviceNet网络，其中大车位置的矫正在大车轨道头尾两处执行。
10．驾驶室操作手柄是日本中村电机（Nakamuka）的JSC-L-P型，原回转操作是手柄上带的电位器无极调速，保留；原先大车行走的调速共两档触点切换调速，改成加电位器，与回转相同，该电位器2kΩ/2W。这样大车行走也是无极条速了，使大车行走更加平稳，也减少了启动停止过程中对机械的冲击。
下图为系统网络结构图：
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