現(xiàn)場總線在皮帶散料輸送控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李顯軍，段仁君2，袁應(yīng)文3

（1.貴州開磷股份機(jī)電設(shè)備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設(shè)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(yīng)用

李顯軍1，段仁君2，袁應(yīng)文3

（1.貴州開磷股份機(jī)電設(shè)備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設(shè)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(jìn)行了比較。實(shí)踐表明，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在皮帶散料輸送中的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：散料輸送；現(xiàn)場總線；皮帶輸送機(jī)；控制系統(tǒng)

0 前 言

目前國內(nèi)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(hù)的缺點(diǎn)，滿足不了對散料輸送進(jìn)行更全面、更有效監(jiān)控管理的要求。隨著計算機(jī)、通訊、控制技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于散料輸送控制系統(tǒng)中，可以很好彌補(bǔ)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(tuán)是我國三大磷礦石生產(chǎn)基地之一，集團(tuán)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(jī)，輸送現(xiàn)場運(yùn)輸距離較長，且很多運(yùn)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(jī)控制室/轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)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(jìn)行通訊。PLC與傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、儀表、控制器之間的連接采用硬接線方式。

由于每條皮帶機(jī)距離比較長，皮帶輸送機(jī)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(dāng)PLC收到拉繩、跑偏等傳感器信號時，在主控室進(jìn)行告警，并對相應(yīng)的皮帶輸送機(jī)進(jìn)行停機(jī)。由于坑道環(huán)境比較惡劣，現(xiàn)場傳感器容易銹蝕、老化，當(dāng)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(jìn)行告警，并對皮帶機(jī)進(jìn)行停機(jī)。由于采用共用信號，不能對傳感器進(jìn)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(jìn)行有效判斷。由于不方便及時判斷并排除故障，給皮帶機(jī)的運(yùn)營維護(hù)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(jī)只能人為解除聯(lián)鎖控制，打到手動狀態(tài)運(yùn)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(jī)距離較長，考慮到線纜數(shù)量、鋪設(shè)、接線及維護(hù)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(shí)際實(shí)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(tuán)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(shè)備共包括3條皮帶輸送機(jī)，每條約500m長，另外還包括一個皮帶機(jī)底部水倉水泵，均位于井下坑道內(nèi)。每條皮帶輸送機(jī)配置有皮帶保護(hù)裝置（跑偏、拉伸、打滑、撕裂、堵塞等傳感器）、除鐵器、放礦機(jī)等設(shè)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(yùn)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(zhì)）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(shè)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(jī)現(xiàn)場，安裝在傳感器或設(shè)備旁適當(dāng)位置。每臺設(shè)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(shè)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(shè)備，以每條皮帶輸送機(jī)為單位分組；皮帶機(jī)底部水倉水泵單獨(dú)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(jìn)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(jìn)行通訊，并通過工業(yè)以太網(wǎng)（光纖介質(zhì)）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(shè)備的防護(hù)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(yùn)后，運(yùn)行穩(wěn)定，同時實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場傳感器的定位監(jiān)控，有效彌補(bǔ)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(hù)的工作量，主要功能包括：

（1）在PLC控制主站實(shí)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(jī)上可監(jiān)視每個傳感器的運(yùn)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(jī)界面上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置；

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

（4）水倉水泵作為相對獨(dú)立的控制系統(tǒng)，實(shí)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(jī)上監(jiān)視水倉水泵的運(yùn)行狀態(tài)；

（5）系統(tǒng)擴(kuò)展、完善方便，在現(xiàn)場運(yùn)行過程中，在基本上不增加電纜及設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)了將皮帶機(jī)的電機(jī)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(shè)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(jié)構(gòu)，縮短了工程的工期。

4 結(jié) 論

570新建礦采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了皮帶輸送機(jī)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(yùn)營半年以來，整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效解決了以前井下皮帶機(jī)運(yùn)行過程中皮帶保護(hù)裝置日常運(yùn)行維護(hù)的難題，提升了了生產(chǎn)管理的水平，也為國內(nèi)皮帶機(jī)特別是長皮帶機(jī)散料輸送監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了一個成功的范例。

參考文獻(xiàn)：

［1]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)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(xué)，2003.

［3]李 燁.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，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(shè)計、應(yīng)用，Email：276068500@qq.com。