多種通訊方式在多金屬選礦廠膠帶運輸機上的應(yīng)用

黃 波

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司)

由于膠帶運輸機的距離比較長，要實現(xiàn)機頭、機尾、操作室以及DCS中控室能夠集散控制，如果采用硬接線就要增加許多PLC模塊和DCS模塊，并且不能實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的共享，設(shè)備編程也比較繁瑣不集中，要對每個部位的PLC進行單獨編程。因此選用Porfibus-DP和Modbus兩種通訊總線結(jié)合的通訊方式，將各部位的控制器和儀表作為總線上的主站或從站，只要將各個從站中的I/O點在主站中進行讀寫，就能在主站中編程對從站進行控制，這樣不但節(jié)省了大量的控制電纜和控制器模塊，降低了故障點，維護人員查找故障比較方便，系統(tǒng)程序的修改方便集中，并且實現(xiàn)了整個控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)的共享，上下工序中一些儀表的數(shù)據(jù)，可以通過DCS系統(tǒng)的Modbus總線，傳送給膠帶運輸機控制系統(tǒng)進行連鎖控制，同時避免了對儀表的重復(fù)投資和安裝。

1 設(shè)備背景及參數(shù)

云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司是文山州集采礦、選礦、冶煉為一體的大型國有控股企業(yè)，經(jīng)過對公司礦山露天境界內(nèi)保有的表內(nèi)礦、境界外可供地下開采回收利用的表內(nèi)礦，經(jīng)濟合理性分析以及采選生產(chǎn)格局等方面的綜合研究，最終確定新建新田選礦廠。選礦廠生產(chǎn)規(guī)模為8000 t/d，設(shè)計服務(wù)年限為20 a，主要產(chǎn)品有鋅精礦、銅精礦、鐵精礦、硫精礦、錫精礦、錫石富中礦。其中，長距離膠帶運輸機擔(dān)負著整個選廠的礦石供應(yīng)，為整個選廠的咽喉，其重要程度顯而易見，整個膠帶運輸機水平長度為1932.8 m、垂直高度為368.7 m、膠帶機傾角為 10.8°、設(shè)計運輸量為540 t/h、膠帶運行速度為3.87 m/s，采用2臺西門子G150690 V 710 kW的變頻器驅(qū)動2臺690 V 630 kW的電機。

2 控制及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成

整個控制系統(tǒng)由主站中央控制部分、從站機尾控制部分、從站機頭控制部分、從站數(shù)據(jù)處理部分、I/O控制部分組成。通訊網(wǎng)絡(luò)部分是由Profibus DP和Modbus 2種總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，Profibus DP是以S7-300 PLC為主站，機尾S7-200 PLC作為3#DP從站，機頭S7-200 PLC作為4#DP從站，數(shù)據(jù)處理站S7-200 PLC作為5#DP從站。Modbus分為2個網(wǎng)絡(luò)，其一是以機頭S7-200 PLC作為主站，模擬量采集模塊作為從站進行溫度采集，其二是以艾默生DCS為主站，數(shù)據(jù)處理S7-200 PLC作為從站進行數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)架見圖1。

2.1 中央控制站

中央控制站由S7-300 PLC控制柜組成，安放在機頭操作室內(nèi)。硬件組態(tài)由電源模塊PS 3075A(6ES7307-1EA00-0AA0)、CPU模塊 CPU 313C-2 DP(6ES7313-6CF03-0AB0)、數(shù)字量輸入輸出模塊(6ES7323-1BL00-0AA0)、模擬量輸入模塊(6ES7331-1KF02-0AB0)、模擬量輸出模塊(6ES7332-5HB01-0AB0)構(gòu)成，觸摸屏采用易控SA-12.1A進行編程，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控。

軟件組態(tài)由組織塊 OB1、診斷中斷組織塊OB82、I/O 訪問錯誤組織塊 OB122、功能 FC3、FC4、FC5、FC10、FC11、FC15、FC16，數(shù)據(jù)塊 DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7 構(gòu)成。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)架

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)由CPU 313C-2DP作為Profibus DP主站［1］，波特率設(shè)置為19.2Kbps，地址為2。機尾從站地址為3，偏移地址為1500，對應(yīng)主站內(nèi)的輸入、輸出地址從256～271。機頭從站地址為4，偏移地址為2000，對應(yīng)主站內(nèi)的輸入地址從288～319、輸出地址從292～323。數(shù)據(jù)處理站地址為5，偏移地址為1000，對應(yīng)主站內(nèi)的輸入地址從320～383、輸出地址從324～387。

為了方便通訊數(shù)據(jù)間的傳輸，采用DB1數(shù)據(jù)塊作為機尾3#站數(shù)據(jù)讀取的存儲塊，即將PIW256-271中的數(shù)據(jù)存入DB1數(shù)據(jù)塊中;DB2數(shù)據(jù)塊作為機尾3#站數(shù)據(jù)寫入的存儲塊，即將PQW256-271中的數(shù)據(jù)存入DB2數(shù)據(jù)塊中。

采用DB3數(shù)據(jù)塊作為機頭4#站數(shù)據(jù)讀取的存儲塊，即將PIW288-319中的數(shù)據(jù)存入DB3數(shù)據(jù)塊中;DB4數(shù)據(jù)塊作為機頭4#站數(shù)據(jù)寫入的存儲塊;即將PQW292-323中的數(shù)據(jù)存入DB4數(shù)據(jù)塊中。

采用DB5數(shù)據(jù)塊作為數(shù)據(jù)處理5#站數(shù)據(jù)讀取的存儲塊，即將PIW320-383中的數(shù)據(jù)存入DB5數(shù)據(jù)塊中;DB6數(shù)據(jù)塊作為數(shù)據(jù)處理5#站數(shù)據(jù)寫入的存儲塊，即將PQW324-387中的數(shù)據(jù)存入DB6數(shù)據(jù)塊中，存儲過程見圖2。

圖2 存儲過程

2.2 機尾控制站

機尾控制站位于長距離膠帶的尾部，距離機頭操作室有1900多m，主要實現(xiàn)在皮帶機機尾對設(shè)備進行啟停、工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)控。機尾控制站的硬件主要是由西門子224CPU和EM277 Profibus DP模塊加上維控的LEVI 777T觸摸屏構(gòu)成子站監(jiān)控系統(tǒng)。由于距離較遠一般數(shù)據(jù)線無法實現(xiàn)主從站之間的連接，因此采用一對型號為UT-277SM的485轉(zhuǎn)光纖的收發(fā)器加上光纖進行數(shù)據(jù)的通訊。

該子站的 Profibus DP地址為3，偏移地址為1500，為8字輸入8字輸出類型。即主站寫入子站的數(shù)據(jù)在VW1500-VW1514的8個字中，主站讀取子站的數(shù)據(jù)在VW1516-VW1530的8個字中，這樣就實現(xiàn)了主從站之間的數(shù)據(jù)交換，子站配置見圖3。

2.3 機頭控制站

機頭控制站位于皮帶機機頭在操作室附近，主要實現(xiàn)在皮帶機機頭對設(shè)備進行啟停和工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)控。機頭控制站的硬件主要由西門子224XP CPU和EM277 Profibus DP模塊、SBWZ溫度變送器模塊、420MA-IN12電流采集模塊加上易控SK-043AE的觸摸屏、構(gòu)成子站監(jiān)控系統(tǒng)，電機溫度通過熱電阻連接到溫度變送器，再將溫度變送器的電流信號連接到電流采集模塊，完成電機溫度采集的硬件連接。

機頭控制站即作為Profibus DP的子站與主站之間進行數(shù)據(jù)交換，該子站的Profibus DP地址為4，偏移地址為2000，為16字輸入16字輸出類型。即主站寫入子站的數(shù)據(jù)在VW2000-VW2030的16個字中，主站讀取子站的數(shù)據(jù)在VW2032-VW2062的16個字中，這樣就實現(xiàn)了主從站之間的數(shù)據(jù)交換。

圖3 子站配置

它又作為電流采集模塊的Modbus主站［2］，對2臺電機的10個溫度信號進行實時采集。電流采集模塊作為從站，它的從站地址為1，波特率為9600 Kbps，無校驗，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，信號起始地址為40301每一個信號占用一個字。因此在PLC中插入Modbus主站模塊設(shè)置好與從站相應(yīng)的通信參數(shù)，將從 40301中讀出的10個字傳送到以VW1000開始的10個字中，這樣完成兩臺電機溫度信號的讀取，通訊程序見圖4。

圖4 通訊程序

2.4 數(shù)據(jù)處理站

數(shù)據(jù)處理站位于操作室控制箱內(nèi)，主要是讀寫主站內(nèi)的所用工藝數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給DCS控制系統(tǒng)，并且接收DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對主站進行控制。數(shù)據(jù)處理站的硬件主要由西門子224XP CPU和EM277 Profibus DP模塊構(gòu)成。

數(shù)據(jù)處理站作為Profibus DP的子站地址為5，偏移地址為1000，為32字輸入32字輸出類型。即主站寫入子站的數(shù)據(jù)在VW1000-VW1062的32個字中，主站讀取子站的數(shù)據(jù)在VW1064-VW1126的32個字中，這樣就實現(xiàn)了主從站之間的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)處理站又作為Modbus從站，在PLC中插入Modbus從站模塊，模式設(shè)置為1，地址設(shè)置為10，波特率設(shè)置為9600 Kbps，無校驗，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，Modbus 40001的起始地址從VW1000開始，由于此子站的Profibus DP的起始地址與Modbus的起始地址都定義為VB1000，因此對此地址內(nèi)的所有操作都是對應(yīng)2種通訊內(nèi)的參數(shù)變化，通訊程序見圖5。

圖5 通訊程序

2.5 Modbus DCS 主站

艾默生DCS系統(tǒng)位于選礦廠的中央控制室，距離長距離膠帶有800多m，主要是對長距離膠帶進行遠程監(jiān)控，由DCS串口通訊卡和一對型號為UT-277SM的485轉(zhuǎn)光纖的收發(fā)器加上光纖實現(xiàn)Modbus主站數(shù)據(jù)通訊。

硬件設(shè)置上通過在串口卡內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)字量輸入、輸出塊和模擬量輸入、輸出塊，并設(shè)置與子站相同的數(shù)據(jù)類型、波特率、奇偶校驗、停止位、子站地址，這樣才能實現(xiàn)與子站的通訊，最后進行相應(yīng)的程序設(shè)計以便實現(xiàn)主站與子站的數(shù)據(jù)交換。

2.6 I/O控制部分

通過主站S7-300 PLC的I/O點，對2臺西門子訂貨號為1P 6SL3351-1AG37-4DA1的G150變頻器進行控制，從而帶動2臺電動機。2臺電動機要同時對一條皮帶進行驅(qū)動，但不能進行單獨傳動各出各的力，必須要使用主從控制，1臺變頻器作為主機，另1臺變頻器作為從機，從機接受主機的轉(zhuǎn)矩信號進行傳動。

3 結(jié)語

通過以上各個子站和主站的連接構(gòu)成了整個膠帶運輸機的控制系統(tǒng)和總線網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)有機地結(jié)合了Profibus和Modbus 2種總線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了整個控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享，程序的可擴展性較強，對子站的控制可直接在主站中進行程序修改就可實現(xiàn)，節(jié)約了大量的硬件費用，確保了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在提高生產(chǎn)效率、減少現(xiàn)場操作人員、提高安全性等方面取得了良好的效果。

［1］ 向曉汗，陸 彬.西門子PLC高級應(yīng)用實例精解［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

［2］ 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.3版.北京:機械工業(yè)出版社，2011.