摘要：簡要闡述了分布式I/O的基本原理，結(jié)合具體案例，分析了分布式I/O在管帶智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：分布式I/O;PLC技術(shù);管帶智能控制

0 引言

長距離管帶因綠色環(huán)保、布置靈活、經(jīng)濟性優(yōu)而廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)、礦業(yè)散料及成品的輸送領(lǐng)域。管帶輸送系統(tǒng)距離長、設(shè)備分散，采用傳統(tǒng)的集中式PLC控制系統(tǒng)成本高，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，已不能滿足生產(chǎn)需求。而分布式I/O具有可靠度高，易于編程組態(tài)，網(wǎng)絡(luò)布線方便等優(yōu)勢，適用于長距離管帶行業(yè)，采用一根通信電纜代替多根控制電纜，節(jié)約電纜及電纜通道成本，且性價比遠高于類似原理的DCS控制系統(tǒng)。

1 分布式I/O基本原理

分布式I/O系統(tǒng)是指通過以太網(wǎng)、總線等通信模塊集成分布式I/O以及通過AS-i主站模塊或連接器連接I/O。I/O站作為每個I/O系統(tǒng)下連接的單獨子站，其中帶相應(yīng)通信協(xié)議的儀表（如PN等）也可以連接到一個I/O系統(tǒng)，作為一個I/O站。

西門子PLC分布式I/O系統(tǒng)是指通過PROFINET、PROFIBUS或Modbus等通信模塊集成分布式I/O，以及通過AS-i主站模塊或連接器（例如IE/PB Link）連接I/O。I/O站就是每個I/O系統(tǒng)下連接的單獨的子站，如所有PN儀表可以連接到一個I/O系統(tǒng)，每一個儀表就是一個I/O站，可實現(xiàn)基于以太網(wǎng)、DP或RS485等通信對遠程不同類型的開關(guān)量、模擬量進行采集傳輸和控制。

長距離管帶可采用基于光纖的PROFIBUS DP通信的分布式I/O，遠程I/O從站通過DP通信協(xié)議實現(xiàn)與主站間的數(shù)據(jù)交換。編程人員通過CPU主站下載程序，可同時對遠程I/O從站進行組態(tài)、編程、調(diào)試及診斷。

2 案例分析與設(shè)計

2.1? ? 案例概況

某碼頭至電廠輸煤工程，共采用1條5.8 km管帶及2條小皮帶機進行運輸，控制系統(tǒng)由西門子400系列冗余PLC+ET200M分布式遠程I/O構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

本工程主要控制設(shè)備包括管帶機尾部TH2轉(zhuǎn)運站：2臺變頻電機（與PLC采用DP通信）、照明配電箱、轉(zhuǎn)運站軸流風機、速度檢測等皮帶保護裝置、管帶機沿線拉繩開關(guān)（采用DP地址編碼）;頭部TH4轉(zhuǎn)運站：干式變/高/低壓配電柜、4臺變頻電機（與PLC采用DP通信）、減速機、布袋除塵器、空壓機等;TH0轉(zhuǎn)運站：2條皮帶機相關(guān)控制設(shè)備，如變頻電機、皮帶保護裝置等。整個工程控制設(shè)備繁多，若采用傳統(tǒng)PLC控制，控制電纜、電纜通道成本將大幅增加，且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)集中控制難度加大，穩(wěn)定性降低。故采用西門子400系列PLC+ET200M分布式遠程I/O+WinCC上位機構(gòu)成完整的智能控制系統(tǒng)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行系統(tǒng)硬件設(shè)計、PLC編程及上位機組態(tài)工作。

2.2? ? 系統(tǒng)設(shè)計

上位機布置于碼頭TH2轉(zhuǎn)運站附近，故TH2轉(zhuǎn)運站作為PLC主站，以減少上位機與CPU直接通信距離;TH4轉(zhuǎn)運站設(shè)置遠程I/O柜1，由于I/O點數(shù)較多，柜內(nèi)共2個機架。TH2主站至TH4遠程I/O柜1距離約5.8 km，采用鎧裝單模光纖通信;TH0轉(zhuǎn)運站設(shè)置遠程I/O柜2，至TH4轉(zhuǎn)運站距離僅280 m，故采用DP通信電纜連接。

為提高系統(tǒng)安全性，本項目采用西門子400系列，CPU、通信冗余配置;根據(jù)各轉(zhuǎn)運站I/O點數(shù)PLC模塊清單如表1所示。

2.3? ? 系統(tǒng)智能化

控制系統(tǒng)采用STEP7軟件編程，通過梯形圖語言集中對PLC系統(tǒng)主從站進行編程、下載、調(diào)試，可在線診斷系統(tǒng)問題。

PLC通過以太網(wǎng)模塊與上位機通信，采用西門子WinCC組態(tài)軟件，根據(jù)工程實際添加畫面及運行參數(shù)，設(shè)置以太網(wǎng)IP等實現(xiàn)與PLC通信，通過WinCC Channel Diagnosis檢測通信是否成功建立。WinCC通信檢測如圖2所示。

通信成功后，通過點擊上位機畫面或調(diào)用曲線，可實現(xiàn)系統(tǒng)遠程智能控制。系統(tǒng)將設(shè)備模擬畫面和實時數(shù)據(jù)相結(jié)合，增強了輸送機設(shè)備、設(shè)施數(shù)據(jù)的可視性，有效解決了長距離管帶項目就地操作效率低、運維工作量大的難題。

3 結(jié)語

本文通過實例對基于分布式I/O的管帶智能控制系統(tǒng)進行了分析闡述，通過分析可知，采用遠程分布式I/O方式，可大幅減少操作臺、現(xiàn)場I/O點控制電纜的長度，同時也縮短了數(shù)字量、模擬量信號的傳輸路徑，降低了信號的損失和衰減，提高了信號的可靠性和準確性。結(jié)合工程實際使用，論證了遠程分布式I/O在長距離管帶項目中的優(yōu)勢。

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收稿日期：2020-03-05

作者簡介：舒曉媛（1986—），女，陜西寶雞人，工程師，研究方向：電氣及自動控制。