張志芹，夏祥武，呂學(xué)琴

(1.上海電力學(xué)院電力與自動(dòng)化工程學(xué)院，上海 200090;2.中煤科工集團(tuán)上海研究院，上海 200030)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、流程工業(yè)、樓宇、交通等領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)中.

為了提高礦井的生產(chǎn)效率和企業(yè)管理水平，改善勞動(dòng)環(huán)境、保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性和可靠性，本文設(shè)計(jì)了一套皮帶機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)“技術(shù)先進(jìn)合理、性能穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展靈活”的技術(shù)原則，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化產(chǎn)品(PLC)，結(jié)合自動(dòng)化、信息、網(wǎng)絡(luò)通訊的新技術(shù)，使煤礦整個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，同時(shí)充分考慮到遠(yuǎn)近期工程的銜接，并為之預(yù)留出接口.

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本文以朝鮮惠山青年銅礦皮帶機(jī)為例，其主斜井膠帶機(jī)長(zhǎng)度為1 600 m，帶寬1.2 m，傾角為15°，帶速為2.5 m/s;大巷膠帶機(jī)長(zhǎng)度為1 580 m，帶寬1.2 m，傾角為13°，帶速為2.5 m/s.兩條皮帶機(jī)均為調(diào)速性液力耦合器啟動(dòng)，電機(jī)功率為2×400 kW.

皮帶機(jī)電控系統(tǒng)由2個(gè)控制站組成，每個(gè)控制站選用1套膠帶輸送機(jī)電控成套裝置(以下簡(jiǎn)稱裝置).控制站均設(shè)在每條輸送機(jī)的頭部，負(fù)責(zé)采集輸送機(jī)卸料部附近所有電氣控制設(shè)備的信號(hào)采集和啟停控制.控制站采用西門子S7-300系列PLC作為控制核心設(shè)備，2個(gè)控制站之間采用Profinet總線方式傳輸數(shù)據(jù)，通訊介質(zhì)為光纜.在每條輸送機(jī)頭部各配置1臺(tái)工控機(jī)作為人機(jī)界面，配有組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)顯示并記錄皮帶機(jī)的狀態(tài)信息及報(bào)警信息等.本系統(tǒng)在PLC控制下，通過(guò)軟啟動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了膠帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)及軟制動(dòng)，啟停加速度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況任意調(diào)節(jié).PLC中配置模擬量模塊，用于采集多路電機(jī)電流信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算及控制實(shí)現(xiàn)多機(jī)功率平衡.本系統(tǒng)具有電動(dòng)機(jī)定子、驅(qū)動(dòng)滾筒軸承溫度，以及調(diào)速型液力耦合器軟啟動(dòng)裝置的油壓、溫度保護(hù)，啟動(dòng)預(yù)告的聲光報(bào)警信號(hào)與主機(jī)啟動(dòng)聯(lián)鎖功能，具有對(duì)皮帶跑偏、撕裂、打滑及事故急停等故障進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警功能[3].本套電控系統(tǒng)包括:2套操作臺(tái)，2套PLC控制柜，1套2#機(jī)尾分站箱，2套低壓動(dòng)力柜，10套高壓配電系統(tǒng)，12套視頻監(jiān)控系統(tǒng).

(1)操作臺(tái) 負(fù)責(zé)完成各種設(shè)備的啟停操作，通過(guò)選擇不同的工作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)啟動(dòng)預(yù)警、停車、緊急停車、故障保護(hù)等操作.本操作臺(tái)配有研華原裝工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)，安裝了西門子WINCC組態(tài)軟件，具有電機(jī)電流、膠帶速度和設(shè)備運(yùn)行及故障狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示功能.每個(gè)操作臺(tái)上都安裝了上位機(jī)監(jiān)控站，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的各種狀態(tài)信息，并實(shí)現(xiàn)必要的操作控制.

(2)PLC控制柜 是操作臺(tái)的主要配套設(shè)備，提供自身及控制臺(tái)所需的電源.控制柜內(nèi)配置不間斷電源(其容量大小能夠保證集控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本容量需求)、西門子S7-300系列的可編程控制器等，是電控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)內(nèi)所有信號(hào)的采集和控制命令的執(zhí)行.

(3)2#機(jī)尾分站箱 負(fù)責(zé)2#輸送機(jī)尾部保護(hù)信號(hào)的采集和給礦機(jī)的聯(lián)鎖控制.

(4)低壓動(dòng)力柜 為調(diào)速型液力耦合器的油泵、制動(dòng)器等提供低壓動(dòng)力電源、現(xiàn)場(chǎng)檢修電源和照明電源等.

(5)高壓3 kV動(dòng)力配電系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括5個(gè)部分:一是進(jìn)線柜，實(shí)現(xiàn)高壓主動(dòng)力電源的切換、分配及相關(guān)保護(hù)功能，配置微機(jī)綜合保護(hù)裝置WXH-821，配置電度計(jì)量;二是電容補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償，配置微機(jī)綜合保護(hù)裝置WDR-821;三是出線柜，即高壓電機(jī)啟動(dòng)柜，實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)力回路的配電及保護(hù)，并配置微機(jī)綜合保護(hù)裝置WDH-821和高壓真空接觸器;四是變壓器柜，為膠帶機(jī)硐室提供低壓動(dòng)力源，配置一臺(tái)SC9-63/3 3±2×2.5%/0.4 kV 63 kWD，yn11干式變壓器;五是KYN28A-12型中置柜，滿足“五防”連鎖要求，柜體的外殼和各功能單元的隔板由敷鋁鋅鋼板組裝成全封閉結(jié)構(gòu)，柜體具備防潮、防腐和防塵功能.

(6)視頻監(jiān)視系統(tǒng) 包含12臺(tái)帶防水外罩的攝像頭，用于顯示和存儲(chǔ)本膠帶機(jī)系統(tǒng)中各視頻監(jiān)視圖像信息(不少于3天視頻信息存儲(chǔ)量)的視頻上位機(jī)系統(tǒng)，以及光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等.攝像頭和防水型攝像監(jiān)控箱按照輸送機(jī)沿線布置，均配置光信號(hào)接口，且為防水型.

2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中，1#和 2#控制主站之間通過(guò)PROFINET總線進(jìn)行通信，2#控制主站與2#機(jī)尾分站之間通過(guò)PROFIBUS總線進(jìn)行通訊，且2#機(jī)尾分站為西門子公司ET 200，1#和2#控制從站均為西門子公司SIMATIC S7系列的可編程控制器.另外，系統(tǒng)選用了CPU315-2DP模塊化PLC，它集成了PROFIBUS-DP和MPI現(xiàn)場(chǎng)總線接口裝置，具有強(qiáng)大的處理能力(0.3 ms可處理1 024個(gè)語(yǔ)句).PLC程序在上位機(jī)STEP7中編制完成后下載到CPU315中并儲(chǔ)存，CPU可自動(dòng)運(yùn)行該程序，并根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，從而控制相應(yīng)設(shè)備.由于系統(tǒng)中既有PROFIBUS-DP總線通信，又有PROFINET總線通訊，因此，接口數(shù)據(jù)傳輸開始之前應(yīng)先對(duì)設(shè)置PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通信.在 PROFIBUS-DP總線通信中先對(duì)設(shè)備設(shè)定站地址和波特率，站地址必須和實(shí)際設(shè)備上撥碼開關(guān)設(shè)定的地址相一致.建立主站與從站之間的控制變量地址映射如表 1 所示[4].

建立好控制變量地址映射表后，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)主、從站之間的數(shù)據(jù)通信.在系統(tǒng)組態(tài)完成后，對(duì)PROFINET通訊程序進(jìn)行設(shè)置.其中1#主站PLC系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)置如圖1所示.

表1 2#膠帶機(jī)主/從站之間控制變量地址映射

圖1 1#主站內(nèi)PROFINET通訊程序

2#主站內(nèi)的PROFINET通訊程序與1#主站相類似，在1#和2#主站內(nèi)通過(guò)DB12和 DB13數(shù)據(jù)模塊的交替運(yùn)行完成數(shù)據(jù)的傳送工作，可順利地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主站之間的交互通訊.

將1#主站與2#主站均掛靠在基于PROFINET的工業(yè)以太網(wǎng)上，兩套主站系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊，再將2#主站通過(guò)PROFIBUS總線與機(jī)尾分站相連，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)尾分站的控制.

3 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了基于PROFINET的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在朝鮮惠山青年銅礦帶式輸送機(jī)電控上的應(yīng)用，分析了電控系統(tǒng)的硬件組成以及PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在軟件上的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例證明了該技術(shù)在帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的可行性.基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)可以應(yīng)用于多條帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且性能可靠，實(shí)現(xiàn)了多頭輸送機(jī)的連鎖控制，使得數(shù)據(jù)傳輸更加簡(jiǎn)單快捷.

[1]夏祥武，譚棟才.中間驅(qū)動(dòng)超長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2007(3):115-117.

[2]張志芹，夏祥武.計(jì)算機(jī)控制的膠帶機(jī)電控系統(tǒng)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(12):66-68.

[3]夏祥武 .基于Profinet現(xiàn)場(chǎng)總線的帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2009(12):134-135.

[4]譚棟才.多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在長(zhǎng)距離下運(yùn)帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2008(12):184-186.