CN203673337U - 火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，主要包括主控系统、自助终端系统、工控系统、射频收发系统、发卡系统及外围控制系统；所述主控系统以西门子PLC作为核心控制器，其通讯串口通过专用DP电缆与自助终端系统连接，其数字量输入、输出接口通过控制信号电缆与外围控制系统连接，同时其以太网接口通过超六类网线或光纤连接至工控系统。工控系统多串口卡通过通讯电缆分别连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。本实用新型以西门子PLC为核心的智能控制系统，可用于进厂车辆管理，为企业高效管理提供了技术保证。

Description

火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统

技术领域：

本实用新型涉及一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，特别涉及一种以西门子PLC为核心的智能控制系统，用于对车辆进厂的管理。采用该系统节约了人力及财力资源成本，同时降低了设备维护及检修难度，为企业高效管理提供了技术保证。

背景技术：

目前国内火力发电厂中部分电厂因为铁路资源有限而仅能采用汽车运煤，部分电厂因所处地理位置特殊采用汽车运煤带来更大的经济效益，还有部分电厂因季节及煤炭供应商的原因而采用火车和汽车混合进煤的运作方式。当前国内火力发电厂汽车运煤所占比重还处于相对重要的环节，汽车煤从入厂到出厂的全程高效管理也提上了议程。

现有大部分火电厂没有实现燃料智能化集中管控，当汽车来煤入厂时，司机需停车并下车，登记其车号、所属煤矿及所运煤种等信息，登记完毕后行驶车辆入厂并进入后续操作环节。少部分电厂开展燃料智能化项目，车辆入厂处设置了射频识别设备，可以识别车辆相关信息（如车身长宽高、车内有无拉筋等），但因车辆所拉煤矿不固定而无法识别车辆所属煤矿及所运煤种信息，司机需要停车并下车至入厂值班室内登记相关煤矿及所运煤种信息。火电厂每天来煤车辆数量较多时，车辆在入厂处排队等待现象便会越来越严重，若电厂入口与附近高速公路较近，排队挤压在厂门口的车辆便有排队至高速公路上的可能，这不仅影响了车辆运煤效率，也带来了极大的安全隐患，不利于企业的高效管理。

现有少部分已经安装控制系统的火电厂中，当全套系统投产运行后，对电厂运行及维护人员提出了更高的技术要求，增加了操作及维护难度，也不利于现场管理。

发明内容：

针对以上问题，本实用新型提供了一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，本系统以西门子PLC为核心的智能控制系统，可用于进厂车辆管理，为企业高效管理提供了技术保证。

本实用新型的目的是通过以下措施实现的： 

一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，其特征是：主要包括主控系统、自助终端系统、工控系统、射频收发系统、发卡系统及外围控制系统；

所述主控系统以控制器PLC作为核心，其通讯串口通过DP电缆与自助终端系统连接，其数字量输入、输出接口分别通过控制信号电缆与外围控制系统连接，同时其以太网接口通过超六类网线或光纤连接至工控系统；工控系统多串口卡通过串口通讯电缆分别连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。

所述主控系统由PLC控制器CPU224、以太网模块CP243-1、固态继电器E1~E3、中间继电器KA204~KA206、KA101、微型断路器QF1~QF4、电源滤波器SPF、小型变压器DC24V、DC9V等组成。

所述自助终端系统包括触摸屏、电源模块、触摸屏支撑件及串口通讯电缆，所述触摸屏选用具有以太网接口和 RS485接口型号为Smart1000的新型触摸屏。

所述工控系统由工控机、MOXA卡、接入交换机及音频转接器组成，所述MOXA卡选用RS232多串口卡并通过串口通讯电缆连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。

所述射频收发系统包括射频收发设备、射频电子标签、电源模块、微波电缆及串口通讯电缆。

所述发卡系统包括发卡机、电源模块及串口通讯电缆。

所述外围控制系统由LED显示屏、室外音箱、红绿灯、投光灯、道闸机、红外对射管组成。

本实用新型具有以下优点： 

1、针对以上问题，本实用新型提供了一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，该系统以西门子PLC控制器作为核心部件，在车辆入厂门口设置了入厂车辆信息自助终端系统，该自助终端系统与主控系统通过以太网完成物理连接，司机不下车便可在自助终端手工录入车辆信息，减少车辆入厂排队等待时间，提高了车辆运煤效率，降低了安全事故隐患。

2、该控制系统同样适用于煤车入厂后续控制，各系统之间通过以太网传输或光纤传输建立物理连接，有利于工程项目硬件配置成本的降低；同时多套同规格型号控制器的统一运行也极大的降低了设备维护及检修难度，为企业高效管理提供了技术保证，节约了大量的人力和财力资源。

附图说明:

图1是汽车入厂识别系统图； 

图2是主控系统PLC控制回路电气图； 

图3是主控系统PLC反馈回路电气图；

图4是系统供电回路电气图。

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型的汽车入厂识别系统图，主要包括主控系统、自助终端系统、工控系统、射频收发系统、发卡系统及外围控制系统。

主控系统由PLC控制器CPU224、以太网模块CP243-1、固态继电器E1~E3、中间继电器KA204~KA206、KA101、微型断路器QF1~QF4、电源滤波器SPF、小型变压器DC24V、DC9V等组成。

主控系统以西门子PLC作为核心控制器，其通讯串口通过西门子专用DP电缆与自助终端系统连接，其数字量输入、输出接口通过控制信号电缆与外围控制系统连接，同时其以太网接口通过超六类网线或光纤连接至工控系统。工控系统多串口卡通过串口通讯电缆分别连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。

该部分工作过程如下：

车辆入厂前，需通过发卡系统进行发卡登记操作，发卡管理员向第一次进厂的运煤车辆发放RFID电子标签，在进行发卡登记时，管理人员将电子标签贴在前挡风玻璃上，以作为车辆入厂识别的依据。发卡系统同时也向进入厂内的临时车辆发放临时通行卡，作为厂内车辆管理的依据。

设计选用发卡机型号为RFS-1100，其工作频率为902～928MHZ，射频功率为20～30dBm，模块内置天线，读卡距离小于10cm，写卡距离小于5cm，供电电源为9VDC/3A，需配置电源模块实现电平转换。发卡机具备RS232通讯接口，通过串口通讯电缆连接至工控系统多串口卡。

车辆入厂并接近射频收发设备中微波天线时，射频读写器受控通过天线与安装在车辆前挡风玻璃上的电子标签建立物理连接，天线通过低损耗同轴电缆将信息传输至射频读写器。读写器内部电路处理后，通过其串口通讯电缆（RS232通讯电缆）连接至工控系统（工控主机配置多串口MOXA卡）。

设计选用电子标签型号为RFT-2005，标签工作频率范围为902～928MHz，支持广谱跳频或定频工作方式，标签数据可读、可擦写，读取距离达8米左右。

选用射频读写器型号为RFS-2312，读写器采用DC9V供电，需外接AC220V转DC9V电源模块，模块包含两个SMA型天线接口。通常将射频读写器放置在入厂控制室内；如果希望安装在室外，则必须把读写器和电源模块放到防护箱中，同时安放读写器的位置与天线之间的射频线路距离应不超过10米。读写器具有一路RJ45以太网接口及一路RS232串口，当采用串口与工控系统连接时，通讯数据线传输距离不超过10米；采用以太网连接至工控系统时，以太网通讯电缆传输距离不超过200米。

工控系统包含工控主机及MOXA卡（RS232多串口卡），工控系统通过RS232通讯电缆连接至汽车发卡系统、射频信号收发系统及外围控制设备中LED显示屏。

在车辆入厂环节设置LED大屏显示设备，实时显示入厂车辆信息、运行路径及待进行的操作。设计选用室外P10单色LED显示屏，屏幕供电电压为AC220V，屏幕尺寸为320*640mm，物理点间距是10mm，可显示8个汉字，大屏具备RS232通讯接口，通过串口通讯电缆连接至工控系统。

汽车在入厂执行每一步操作之前，通过语音提示系统进行语音播报，提示司机待进行的操作。设计在室外放置2台20W防水、防雨壁挂音箱，配套选用60W定压正品B60混合功放、功放机莲花RCA插头连接线及USB音频转接线。工控系统主机通过USB音频转接器连接至室外功放音箱，通过语音提示入厂车辆所属矿别、托运介质（如煤泥、工程煤、末煤、厂区运输介质等）、行车路径（当托运的正常燃料来煤时，提示车辆进入后级地磅区进行计量操作）等，实现语音播报功能。

车辆入厂时，工控系统通过射频收发设备与车辆前端固定的RFID电子标签建立连接，司机在入厂时还需要手工录入所运煤种（如煤泥、工程煤、末煤等）及煤矿等相关信息。设计在车辆入厂门口距离驾驶室半米位置安放自助终端系统，该系统包含触摸屏、电源模块、触摸屏支撑支架、遮光板，设计选用西门子Smart1000触摸屏实现车辆相关信息录入，该触摸屏功率为3.4W，供电电压为DC24V，集成RS422/485及以太网（RJ45）通讯接口，使用DP电缆连接触摸屏至西门子PLC编程串口。

汽车入厂识别主控系统采用西门子S7-200系列PLC作为核心控制器，主控系统通过数字量输入、输出接口实现与外围控制系统（红绿灯、投光灯、道闸机及红外对射机）连接。详细描述参见图3及图4描述部分。

图2示出了主控系统PLC控制回路电气图。该回路主要包括西门子PLC、固态继电器E1~E3、中间继电器KA204~KA206、红绿灯、投光灯及道闸机。

该部分工作过程如下：

汽车入厂识别主控系统采用西门子S7-200系列PLC作为核心控制器，设计选用控制器型号为CPU224 DC/DC/DC，该控制器集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，控制器具有1个RS485 通讯/编程口。设计选用晶体管型PLC，其动作次数没有限制，同时CPU通过光耦合使晶体管通断以控制外部直流负载，响应时间较快。

PLC供电电压类型为DC24V，主控系统需使用电源模块实现电压转换，设计选用电源模块类型为ABL_2REM24045H，该模块为施耐德开关电源，模块额定输出电压为DC24V，额定输出电流为4.5A，本设计PLC控制系统包含6路数字量输出信号及1路数字量输入信号。

红绿灯设计选用LED交通灯200型红绿灯，该信号灯可视距离超过400米，有红绿双色显示，红灯及绿灯接通电源电压均为AC220V，功率小于18W，该红绿灯作为车辆进出厂区指示使用。

投光灯设计选用飞利浦泛光灯，型号为TEMPO PHILIPS 400W，设备功率为400W，接通电源电压为AC220V，可适用于厂区夜间来煤时照明使用。

红绿灯及投光灯均为AC220V供电，负载电流相对较大，PLC数字量输出端为DC24V信号，为实现控制端与负载端的信号隔离，设计选用型号为SSR-40 DA 40A固态继电器实现负载驱动功能。该固态继电器输入电压为3~32VDC，输入电流为6~12mA，输出电压为24-380VAC，输出电流最大达到40A。主控系统中PLC数字量输出口Q0.0、Q0.1、Q0.2输出信号至固态继电器直流输入端，由于PLC数字量输出口单点输出电流可达0.75A，故可正常驱动固态继电器动作。控制回路中三组固态继电器同时动作时，系统消耗电流最大为36mA。当固态继电器动作闭合后，AC220V电源电压信号传输至红绿灯及投光灯设备完成控制功能。

系统通过道闸机实现车辆通行与否功能，设计选用道闸机型号为DS-100，该设备采用AC220V供电，道闸机包含三种工作方式，分别为升、降、停，设备控制信号为干接点信号，设计通过欧姆龙中间继电器驱动实现控制功能。系统选用欧姆龙继电器型号为MY2NJ DC24V，其线圈额定电流为36.9mA，当道闸机工作时，由于其单次操作仅能使设备运行于升、降、停中一种状态，故单次动作系统消耗电流最大为36.9mA。PLC数字量输出口Q0.3、Q0.4、Q0.5通过控制电缆（常规选用KVV3*1.5）分别连接至欧姆龙继电器控制线圈管脚，其常开触点输出干接点信号并通过控制电缆连接至控制柜端子排，再通过端子排敷设铠装控制信号电缆（常规选用KVV22 3*1.5）至道闸机设备信号输入端口，实现道闸机升、降、停控制功能。

图3示出了主控系统PLC反馈回路电气图。该部分主要由西门子PLC及红外对射管组成。

该部分工作过程如下：

车辆出入厂环节无需增加红外对射管，当车辆进入称重及采样环节时，系统需配置红外对射管判断车辆是否停车就位。

在车辆称重环节，红外对射管安装在地磅秤秤体两端，用于判断车辆是否完全上衡或在前车上衡后其后车是否部分上衡；在煤样采样环节，红外对射管安装在汽车出入采样范围边界，用于管控车辆有序驶入采样区域进行采样。

设计选用红外对射管型号为ABT-150，其功率小于3W，输入电压为DC24V，室外警戒距离可达150米，具备报警输出常开干接点信号端子3和。设计将其接入PLC信号反馈回路中的欧姆龙继电器控制线圈端，中间继电器选用型号为MY2NJ 220V/240VAC，其控制线圈额定电压为AC220V。当对射管之间有障碍物致使红外对射失败时，对射管alarm指示灯点亮，同时报警输出常开干接点信号端子3和5闭合，中间继电器得电并触发其常开触点导通，该反馈信号通过控制信号电缆传输至PLC数字量输入端口，系统接收到信号后表示车辆处于不合适的停车状态。

图4示出了系统供电回路电气图。该部分包括微型断路器QF1-QF4、电源滤波器SPF，模块电源DC24V及DC9V、插座AC1-AC2。

该部分工作过程如下：

西门子PLC采用DC24V供电，其控制及反馈回路包含6路数字量输出信号及1路数字量输入信号。其中三路驱动固态继电器，当三组固态继电器同时动作时，系统消耗电流最大为36mA；另外三路驱动欧姆龙中间继电器，系统消耗电流最大为36.9mA。其数字量输入端口单点输入电流为4mA，则总电流不超过100mA。红外对射管功率小于3W，输入电压为DC24V，最大输入电流为125mA。触摸屏功率为3.4W，供电电压为DC24V，最大输入电流为142mA。

西门子PLC放置在入厂控制室内，触摸屏通常布置在距离控制器10米左右位置，两者公用DC24V电源模块；在后级过衡及采样环节， PLC控制器布置位置距离红外对射管位置也较近，同样公用DC24V电源模块。当两者之间距离较远（通常超过10米）时，考虑就近安装配套电源模块。

设计配置电源模块DC24V型号为ABL_2REM24045H，该模块为施耐德开关电源，模块额定输出电压为DC24V，额定输出电流为4.5A，可以满足系统配置要求。

发卡机和射频读写器供电电源电源都为9VDC/3A，平均功耗都小于12W，设计采用型号为SYN-60-S09的电源模块，该模块输出DC9V/6.5A，满足系统功耗配置要求。发卡机和射频读写器放置在入厂值班室内，两者公用DC9V电源模块。

为避免外部输入电压不稳引起的射频干扰，系统在电源模块前级配置电源滤波器SPF，设计选用型号为220V DNF055-G-20A，其额定电压为AC220V，额定电流为20A。所用微型断路器QF2选用型号为iC65 2P C25A，其额定电流为25A，分断能力达到6000A。

LED屏幕供电电压为AC220V，屏幕尺寸为320*640mm，单元最大功耗 800W/平方，其输入电流为750mA。混合功放功率为60W，额定电压为110V，则额定电流为545mA。设计选用微型断路器QF3型号为iC65 2P C16A，其额定电流为16A，分断能力达到6000A。

系统配置两路插座以方便现场调试及临时用电使用，型号分别为10A/250V华日三孔插座AC1及86C-Z13-10两孔插座AC2，两路插座允许通过额定电流最大为10A。配置微型断路器QF3型号为iC65 2P C32A，其额定电流为32A，分断能力达到6000A。回路总开关QF1选用型号为iC65 2P C65A，其额定电流为65A，分断能力达到6000A。

Claims (7)

1.一种火力发电厂汽车煤入厂智能控制系统，其特征是：主要包括主控系统、自助终端系统、工控系统、射频收发系统、发卡系统及外围控制系统；

所述主控系统以PLC控制器作为核心，其通讯串口通过DP电缆与自助终端系统连接，其数字量输入、输出接口分别通过控制信号电缆与外围控制系统连接，同时其以太网接口通过超六类网线或光纤连接至工控系统；工控系统多串口卡通过串口通讯电缆分别连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。

2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征是：主控系统由PLC控制器CPU224、以太网模块CP243-1、固态继电器E1~E3、中间继电器KA204~KA206、KA101、微型断路器QF1~QF4、电源滤波器SPF、小型变压器DC24V、DC9V组成。

3.根据权利要求1或2所述的智能控制系统，其特征是：所述自助终端系统包括触摸屏、电源模块、触摸屏支撑件及串口通讯电缆，所述触摸屏选用具有以太网接口和 RS485接口型号为Smart1000的新型触摸屏。

4.根据权利要求1或2所述的智能控制系统，其特征是：所述工控系统由工控机、MOXA卡、接入交换机及音频转接器组成，所述MOXA卡选用RS232多串口卡并通过串口通讯电缆连接至发卡系统、射频收发系统及外围控制系统。

5.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征是：所述射频收发系统包括射频收发设备、射频电子标签、电源模块、微波电缆及串口通讯电缆。

6.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征是：所述发卡系统包括发卡机、电源模块及串口通讯电缆。

7.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征是：所述外围控制系统由LED显示屏、室外音箱、红绿灯、投光灯、道闸机、红外对射管组成。

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