李顯軍，段仁君2，袁應文3

（1.貴州開磷股份機電設備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設備有限公司， 湖南長沙 410001）

現(xiàn)場總線在皮帶散料輸送控制系統(tǒng)中的應用

李顯軍1，段仁君2，袁應文3

（1.貴州開磷股份機電設備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設備有限公司， 湖南長沙 410001）

摘 要：介紹了將皮帶散料輸送系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制方案，并與皮帶散料輸送PLC控制系統(tǒng)進行了比較。實踐表明，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在皮帶散料輸送中的應用具有明顯的優(yōu)勢。

關鍵詞：散料輸送；現(xiàn)場總線；皮帶輸送機；控制系統(tǒng)

0 前 言

目前國內皮帶散料輸送控制主要采用PLC、DCS控制系統(tǒng)，一定程度上滿足了散料輸送自動化監(jiān)控管理的要求。由于散料輸送現(xiàn)場的特殊環(huán)境及生產(chǎn)工藝情況，現(xiàn)有控制系統(tǒng)日益暴露出控制方式相對落后、不利于管理維護的缺點，滿足不了對散料輸送進行更全面、更有效監(jiān)控管理的要求。隨著計算機、通訊、控制技術的發(fā)展，將現(xiàn)場總線技術應用于散料輸送控制系統(tǒng)中，可以很好彌補現(xiàn)有PLC、DCS控制系統(tǒng)的不足，是散料輸送控制系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。

1 開磷散料輸送系統(tǒng)現(xiàn)狀

貴州開磷集團是我國三大磷礦石生產(chǎn)基地之一，集團磷礦開采及充填等生產(chǎn)過程中的散料輸送主要采用皮帶輸送機，輸送現(xiàn)場運輸距離較長，且很多運行于地下坑道，環(huán)境惡劣。

目前，開磷的散料輸送控制主要采用PLC控制系統(tǒng)，PLC控制主站為AB公司的ControlLogix系列產(chǎn)品，控制主站位于主控室。同時在井下皮帶輸送機控制室/轉運站設若干從站，從站主要采用SLC500產(chǎn)品。主站和從站之間采用光纖進行通訊。PLC與傳感器、執(zhí)行機構、儀表、控制器之間的連接采用硬接線方式。

由于每條皮帶機距離比較長，皮帶輸送機的拉繩、跑偏等傳感器主要采用串接方式，即每種傳感器各共用一個信號分別給電氣和PLC。當PLC收到拉繩、跑偏等傳感器信號時，在主控室進行告警，并對相應的皮帶輸送機進行停機。由于坑道環(huán)境比較惡劣，現(xiàn)場傳感器容易銹蝕、老化，當某個拉繩、跑偏等傳感器出現(xiàn)故障或由于其他原因引起誤操作時，PLC同樣會進行告警，并對皮帶機進行停機。由于采用共用信號，不能對傳感器進行定位監(jiān)控，不能對傳感器的正常信號、異常信號及故障傳感器的位置進行有效判斷。由于不方便及時判斷并排除故障，給皮帶機的運營維護帶來了很大的麻煩。因此，有時為了滿足生產(chǎn)的需要，對出現(xiàn)故障的皮帶機只能人為解除聯(lián)鎖控制，打到手動狀態(tài)運行，給生產(chǎn)帶來了很大的安全隱患。

如果采用硬接線方式將每個傳感器的信號接入PLC系統(tǒng)，由于每條皮帶機距離較長，考慮到線纜數(shù)量、鋪設、接線及維護等因素，大大增加了PLC控制系統(tǒng)的成本，延長了施工的工期，在實際實施過程中遇到了很大的困難。

考慮到以往PLC控制方案的不足，在開磷集團馬路坪570礦新建過程中，通過采用現(xiàn)場總線控制方案，很好解決了生產(chǎn)過程中遇到的問題，滿足了生產(chǎn)的需要。

2 現(xiàn)場總線控制方案

開磷馬路坪570礦現(xiàn)場設備共包括3條皮帶輸送機，每條約500m長，另外還包括一個皮帶機底部水倉水泵，均位于井下坑道內。每條皮帶輸送機配置有皮帶保護裝置（跑偏、拉伸、打滑、撕裂、堵塞等傳感器）、除鐵器、放礦機等設備。

整個570礦的散料輸送采用現(xiàn)場總線控制方案?？刂圃砣鐖D1所示：

控制主站PLC采用ContorlLogix5000控制器，同時為其他采礦子系統(tǒng)共用，已投產(chǎn)運行。570礦現(xiàn)場總線控制子系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)（光纖介質）接入已有的控制主站PLC。

在570礦現(xiàn)場總線控制子系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線設備主要包括智能接入單元和智能集控單元。

智能接入單元位于皮帶機現(xiàn)場，安裝在傳感器或設備旁適當位置。每臺設備（例如除鐵器）或每組傳感器（例如就近1對拉繩、1對跑偏傳感器）配置一個智能接入單元，設備或傳感器的信號直接接入智能接入單元。

所有的現(xiàn)場設備，以每條皮帶輸送機為單位分組；皮帶機底部水倉水泵單獨為一組。每組配置一個智能集控單元。570礦現(xiàn)場總線子系統(tǒng)取消了以前PLC模式中的SLC500從站，從站采用智能集控單元。

智能接入單元間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進行連接，并通過PROFIBUS-DP接入智能集控單元。智能集控單元間采用工業(yè)以太網(wǎng)等協(xié)議進行通訊，并通過工業(yè)以太網(wǎng)（光纖介質）接入控制主站。

圖1　570礦散料輸送的現(xiàn)場總線控制方案

3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能

現(xiàn)場總線設備的防護等級為IP67，能充分滿足現(xiàn)場環(huán)境的要求。570礦現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)投運后，運行穩(wěn)定，同時實現(xiàn)了現(xiàn)場傳感器的定位監(jiān)控，有效彌補了原PLC控制系統(tǒng)的不足，很好提升了系統(tǒng)的管理水平，大大減少了日常維護的工作量，主要功能包括：

（1）在PLC控制主站實現(xiàn)了對每個拉繩、跑偏、打滑、撕裂、堵塞等傳感器的集中定位監(jiān)控，在主站計算機上可監(jiān)視每個傳感器的運行及故障狀態(tài)；

（2）根據(jù)現(xiàn)場要求，對現(xiàn)場傳感器參數(shù)可在主控室計算機界面上進行遠程設置；

（3）智能集控單元具有可編程控制功能，實現(xiàn)了就地自動控制，可在PLC主站設置遠程或就地控制的參數(shù)或策略，靈活實現(xiàn)堵塞/振打裝置、除鐵器、放礦機等設備的遠程或就地控制，同時在主控室計算機上監(jiān)視堵塞/振打裝置等的運行狀態(tài)；

（4）水倉水泵作為相對獨立的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了就地閉環(huán)控制，并通過工業(yè)現(xiàn)場總線接入PLC主站，在主站計算機上監(jiān)視水倉水泵的運行狀態(tài)；

（5）系統(tǒng)擴展、完善方便，在現(xiàn)場運行過程中，在基本上不增加電纜及設備的情況下，實現(xiàn)了將皮帶機的電機電流、溫度等參數(shù)的納入整個監(jiān)控系統(tǒng)。

與原PLC控制方案相比，在570礦中采用現(xiàn)場總線控制方案，整個系統(tǒng)大大減少了電纜及電纜鋪設施工等工程量，有效降低了系統(tǒng)成本，系統(tǒng)成本不到原PLC方案的50%，簡化了系統(tǒng)結構，縮短了工程的工期。

4 結 論

570新建礦采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了皮帶輸送機傳感器的定位監(jiān)控，與傳統(tǒng)PLC方案信號采用硬接線接入控制室IO模塊相比，大幅節(jié)省了系統(tǒng)線纜的投資，減少了工程施工量，系統(tǒng)投產(chǎn)試運營半年以來，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有效解決了以前井下皮帶機運行過程中皮帶保護裝置日常運行維護的難題，提升了了生產(chǎn)管理的水平，也為國內皮帶機特別是長皮帶機散料輸送監(jiān)控系統(tǒng)的建設提供了一個成功的范例。

參考文獻：

［1]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術及其應用［M］.北京：清華大學出版社，1999.

［2]徐 偉.基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的開發(fā)與研制［D］.青島：山東科技大學，2003.

［3]李 燁.現(xiàn)場總線技術及其應用研究［D］.長沙：湖南大學，2002.

收稿日期：（2016-04-12）

作者簡介：李顯軍（1984-），男，工程師，主要從事工業(yè)自動控制系統(tǒng)設計、應用，Email：276068500@qq.com。