王月強

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，選煤廠自動化水平越來越高。原煤膠帶輸送機是選煤廠物料輸送的重要設(shè)備，其運輸距離遠、設(shè)備分散、數(shù)量大，每臺膠帶輸送機均配置多種保護裝置(打滑保護、跑偏保護、溜槽堵料保護、拉繩緊急停止保護、防撕裂保護等)，相應(yīng)保護裝置的準(zhǔn)確性、靈活性、經(jīng)濟性及自動化水平直接影響著選煤廠的日常生產(chǎn)效率。Dupline現(xiàn)場總線有利于提高設(shè)備維護效率、節(jié)約人工和生產(chǎn)成本，同時又能與集中控制系統(tǒng)有效結(jié)合，有利于調(diào)試維護[1-3]。

1 Dupline現(xiàn)場總線

Dupline是用于現(xiàn)場儀表與控制主機系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化的、雙向、多站的通信系統(tǒng)。Dupline是一種現(xiàn)場及安裝總線，能通過普通的雙絞線傳輸數(shù)字和模擬信號達數(shù)公里之遠。

1.1 Dupline現(xiàn)場總線在膠帶保護裝置中的應(yīng)用優(yōu)勢

(1)所有保護裝置通過同一根雙芯電纜傳輸信號和電源，大量減少現(xiàn)場電纜用量。

(2)傳輸距離長達10 km(超過1.2 km需加線尾器)。

(3)無特殊電纜要求，有較強的抗干擾能力。

(4)與PLC的接口簡單、方便、靈活。

(5)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)可以是線型、環(huán)型、星型或其中幾種的組合(見圖1)，這種拓撲結(jié)構(gòu)便于擴展，為以后所構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的改變、拓展提供了方便和靈活度[4-6]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建型式

1.2 Dupline現(xiàn)場總線的信號傳輸原理

Dupline信號傳輸基于時分復(fù)用原理，Dupline運行載波頻率低至1 kHz，傳輸距離遠，抗干擾性強及穩(wěn)定性高。高達128個獨立的數(shù)字信號能在Dupline總線上實時傳輸?？刂破鳟a(chǎn)生的方波信號包括：8 ms同步時期+128個長度為1 ms的脈沖=136 ms脈沖串不斷重復(fù)(圖2)。

圖2 控制器產(chǎn)生的方波信號

1.3 Dupline現(xiàn)場總線的應(yīng)用特點

Dupline現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字式、多點通信、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并通過總線相連接，實現(xiàn)交換信息，與計算機系統(tǒng)共同完成控制功能[7-8]。其主要應(yīng)用特點為：

(1)用戶在集控中心擁有集中控制權(quán)。現(xiàn)場總線一般用作PLC控制系統(tǒng)的遠程I/O，為了使控制層連接更加容易，且成本低、效率高，總線系統(tǒng)自身的串行接口模塊可以方便地與PLC連接。

(2)節(jié)約單位成本費用，節(jié)省設(shè)備安裝費用。一個PLC串口模塊通過Modbus總線可以連接16個Dupline接口模塊，1個Dupline接口模塊可以接入128個輸入、輸出點。一個PLC串口模塊連接的外部輸入、輸出點可以多達2 048(16×128)點，遠遠多于常規(guī)的PLC 32點輸入、輸出模塊(見圖3)，因而，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大幅度減少。

圖3 PLC串口模塊

(3)降低日常維護費用。Dupline現(xiàn)場總線設(shè)備能將現(xiàn)場保護裝置故障信號精準(zhǔn)的通過總線傳輸?shù)絇LC，進而將故障信號傳輸?shù)郊锌刂浦行?，集控操作人可以實時、精確的監(jiān)測到現(xiàn)場保護裝置的狀態(tài)以及故障點，并能將故障情況進行記錄，方便故障的查詢、跟蹤。

2 Dupline現(xiàn)場總線在原煤膠帶輸送機保護裝置上的應(yīng)用

2.1 選煤廠原煤膠帶輸送機特點

選煤廠原煤膠帶輸送機具有數(shù)量大、運輸距離長、設(shè)備分散的特點，且原煤膠帶輸送機保護裝置是每條膠帶輸送機所必須配置的。由于原煤膠帶輸送機的這些特點，導(dǎo)致原煤膠帶保護裝置日常維護量大、故障查找困難、檢查用時長，大大增加了人工成本、生產(chǎn)成本。

隨著選煤廠對生產(chǎn)效率和綜合自動化水平要求的提高，對長距離運輸?shù)脑耗z帶輸送機運行維護中的效率、自動化、安全可靠等方面的要求更進一步提高，所以，對原煤膠帶輸送機的運行情況、狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)膠帶輸送機保護裝置故障點精準(zhǔn)報警、提高人工維護效率等方面就有了更高需求。

2.2 Dupline現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成

原煤膠帶輸送機常用保護裝置主要有拉繩、跑偏、打滑、堵料、膠帶防撕裂開關(guān)。Dupline現(xiàn)場總線在膠帶輸送機保護裝置中內(nèi)置數(shù)字輸入模塊，實現(xiàn)了地址編碼功能，使膠帶保護裝置發(fā)生故障時，能及時、準(zhǔn)確的找到故障點，解決了人工找故障點所帶來的不方便。

運用Dupline現(xiàn)場總線完成保護測點的數(shù)據(jù)采集過程：以一條1 km的膠帶輸送機為例，保護配置如圖4所示。按照一般不超過50 m設(shè)置一個拉繩開關(guān)，機頭機尾各設(shè)置一個跑偏開關(guān)，機尾設(shè)置一個防撕裂開關(guān)，打滑和堵料開關(guān)各設(shè)置一個。因此這條長度1 km的膠帶輸送機需設(shè)置大約30多個保護開關(guān)。

PP：跑偏開關(guān)；LS：拉繩開關(guān)；DL：堵料開關(guān)；DH：打滑開關(guān)；FSL：防撕裂開關(guān)圖4 Dupline現(xiàn)場總線布置示意

如果采用常規(guī)并行布線，電纜用量大，布線難度大，設(shè)備使用成本高。如果使用PLC的數(shù)字量輸入模塊(DI模塊)，那么這條膠帶輸送機的30多個保護裝置就需要占據(jù)PLC數(shù)字量輸入模塊大量的輸入點。選煤廠原煤輸送膠帶輸送機數(shù)量大，每臺膠帶輸送機均配置有拉繩、跑偏、打滑、堵料等保護裝置，若按傳統(tǒng)控制方式，一個信號需要一芯控制電纜及一個輸入點，每臺膠帶輸送機需要大量的控制電纜，將會大量使用PLC的數(shù)字量輸入模塊(DI模塊)，會占用更多PLC槽位。

如果選用Dupline現(xiàn)場總線方式，可達到簡便、靈活、高效和低成本的目的。只需沿膠帶鋪設(shè)一條Dupline總線，就可把全線的膠帶輸送機保護裝置信號通過保護裝置中內(nèi)置的數(shù)字輸入模塊連接到這條Dupline總線上，全部傳輸?shù)郊厥?。膠帶輸送機保護裝置內(nèi)置的數(shù)字輸入模塊所編碼的地址可以準(zhǔn)確找到每個保護裝置的故障點。現(xiàn)場總線采集、傳輸返回的數(shù)據(jù)包含：拉繩開關(guān)信號(20多個)、防撕裂開關(guān)信號(1個)、打滑開關(guān)信號(1個)、跑偏信號(2個)，這30多個信號均為開關(guān)量輸入信號。這條膠帶輸送機對應(yīng)一條Dupline現(xiàn)場總線，如圖4所示。

膠帶輸送機的保護裝置均通過一根總線連接(一個Dupline接口模塊)，最多可帶128個輸入、輸出保護裝置信號(編碼地址)。膠帶輸送機現(xiàn)場保護裝置內(nèi)置的I/O模塊供電均由總線直接提供，在沒有就地電源時體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

現(xiàn)場的每一條總線將現(xiàn)場保護裝置信號傳輸?shù)娇偩€接口模塊，若干個總線接口模塊再組合成Modbus總線，Modbus總線與PLC串口模塊想連接，最終將現(xiàn)場膠帶保護裝置故障信號、控制信號等傳輸?shù)郊锌刂浦行?，實現(xiàn)精準(zhǔn)的監(jiān)測、控制、維護等。

2.3 Dupline現(xiàn)場總線的應(yīng)用注意事項

(1)膠帶輸送機保護裝置的開關(guān)(傳感器)距離輸入模塊(I/O模塊)的長度一定要小于資料給定值。如果距離太長，則可能造成信號傳輸不穩(wěn)或信號無法傳輸。

(2)通信線纜要求。當(dāng)線纜長度超過1.2 km時，要在末端加DT01線尾器，用以消除由發(fā)射信號造成的失真。

(3)直流供電網(wǎng)關(guān)要由單獨一個電源供電。為保障總線高度抗噪及為總線穩(wěn)定供電，建議每個網(wǎng)關(guān)單獨使用一個供電電源。由于Dupline采用的是直流載波技術(shù)，由一個電源供電給多個網(wǎng)關(guān)模塊可能會引起串?dāng)_。為避免總線工作異常，通常情況下建議每一個Dupline網(wǎng)絡(luò)單獨配一個供電電源。

(4)如果接入長距離的信號，建議在網(wǎng)關(guān)處并上一個電容。

3 結(jié) 論

Dupline現(xiàn)場總線裝置靈活簡單、成本低、維護方便，在選煤廠原煤膠帶輸送機保護裝置上應(yīng)用后，能及時、準(zhǔn)確的找到故障點，解決了人工找故障點所帶來的不方便。選煤廠原煤膠帶保護裝置Dupline現(xiàn)場總線自使用以來，實現(xiàn)了膠帶輸送機保護裝置故障點精準(zhǔn)報警，提高了人工維護效率、選煤廠生產(chǎn)效率和工作效率，達到了膠帶輸送機安全可靠、有效運行的目的。