通過斗輪機(jī)位置數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)兩機(jī)防撞

金 弘 楊柳 中國電建集團(tuán)長春發(fā)電設(shè)備有限公司

一、前言

斗輪機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲(chǔ)煤廠、發(fā)電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲(chǔ)料場(chǎng)的堆取作業(yè)。當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)公用一條軌道時(shí)，為了避免兩臺(tái)斗輪機(jī)相撞，除了要求操作人員時(shí)刻保持注意力，還要借助激光檢測(cè)作為防撞保護(hù)裝置。

但是激光檢測(cè)防撞裝置對(duì)于安裝位置有一定要求，在其安裝位置之間不能有任何遮擋物，而且激光檢測(cè)裝置一旦出現(xiàn)故障操作人員無法及時(shí)察覺，當(dāng)操作人員過分依賴激光檢測(cè)裝置時(shí)，事故就有可能發(fā)生；隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，共享模式已經(jīng)深入到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，汽車共享、單車共享、充電寶共享、雨傘共享，表面上它們共享的是產(chǎn)品，背后支撐它們的是龐大的數(shù)據(jù)共享，而共軌的兩臺(tái)甚至是多臺(tái)斗輪機(jī)也可以借鑒共享模式，將它們的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，當(dāng)然共享的前提是數(shù)據(jù)一定要精確，所以將RFID（無線射頻識(shí)別）引入到斗輪機(jī)的定位系統(tǒng)之中，不僅可以將兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)規(guī)定在同一數(shù)據(jù)模式下，也為兩臺(tái)斗輪機(jī)位置數(shù)據(jù)共享提供了精度保證，當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)位置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享之后，操作人員可以在斗輪機(jī)上看到軌道上任意一臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)，同時(shí)在程序編寫中設(shè)置一定的安全距離，從而實(shí)現(xiàn)兩機(jī)防撞的功能。

二、問題的難點(diǎn)和解決方案

2.1 問題的難點(diǎn)

一是共軌斗輪機(jī)通常采用激光檢測(cè)裝置，但是激光檢測(cè)防撞裝置對(duì)于安裝位置有一定要求，在其安裝位置之間不能有任何遮擋物，而且激光檢測(cè)裝置一旦出現(xiàn)故障操作人員無法及時(shí)察覺，當(dāng)操作人員過分依賴激光檢測(cè)裝置時(shí)，事故就有可能發(fā)生。二是如果采用編碼器定位的數(shù)據(jù)共享，由于編碼器本身存在一定的誤差，而兩臺(tái)斗輪機(jī)的編碼器數(shù)據(jù)誤差會(huì)被進(jìn)一步放大，而數(shù)據(jù)共享的前提是數(shù)據(jù)一定要準(zhǔn)確。三是如何實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)斗輪機(jī)的數(shù)據(jù)共享？四是如何利用共享后的位置數(shù)據(jù)？

2.2 解決方案

（1）斗輪機(jī)通過位置數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)的兩機(jī)防撞功能。如果兩臺(tái)斗輪機(jī)可以知道彼此所在料場(chǎng)的準(zhǔn)確位置，斗輪機(jī)通過在程序里設(shè)置安全距離，可以實(shí)現(xiàn)近距離提醒以及防撞報(bào)警的功能。

（2）采用RFID(無線射頻識(shí)別)對(duì)編碼器進(jìn)行位置校正。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，對(duì)于條碼技術(shù)而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID標(biāo)簽，利用頻率信號(hào)將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID讀寫器。斗輪機(jī)利用RFID主要是將料場(chǎng)的位置信息設(shè)置在RFID中，當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)讀取他們所在位置的位置信息就實(shí)現(xiàn)了斗輪機(jī)的精準(zhǔn)定位，而且這種定位方式是將兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置建立在統(tǒng)一坐標(biāo)系中，即使產(chǎn)生誤差，兩臺(tái)斗輪機(jī)之間的距離數(shù)據(jù)也是精準(zhǔn)無誤的。

（3）通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)斗輪機(jī)的數(shù)據(jù)共享。通過兩臺(tái)斗輪機(jī)PLC的以太網(wǎng)模塊，利用光纖或無線通訊技術(shù)，可以將兩臺(tái)斗輪機(jī)的PLC建立在同一網(wǎng)絡(luò)中，這里可以采用硬件組態(tài)，也可以通過使用 SFC65“X_SEND”和SFC66“X_RCV”發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，都可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)共享。

（4）通過程序編寫，通過對(duì)比兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)設(shè)置安全距離從而實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)兩機(jī)防撞功能。當(dāng)斗輪機(jī)1的位置數(shù)據(jù)DATA1與斗輪機(jī)2位置數(shù)據(jù)DATA2的相對(duì)距離達(dá)到報(bào)警距離時(shí)，會(huì)對(duì)兩臺(tái)斗輪機(jī)進(jìn)行預(yù)報(bào)警，當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)之間的距離小于安全距離時(shí)會(huì)觸發(fā)斗輪機(jī)防撞報(bào)警。

三、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

采用RFID位置校正的斗輪機(jī)定位裝置，帶有主從站的西門子品牌的斗輪機(jī)PLC控制系統(tǒng),采用光纖通訊，一套工業(yè)交換機(jī),一臺(tái)裝有西門子工控軟件的筆記本電腦。

3.2 具體方案

3.2.1 在堆取料機(jī)側(cè)下方安裝 RFID 讀寫頭，在皮帶機(jī)機(jī)架上每隔若干米安裝一個(gè)載碼體，每個(gè)載碼體存儲(chǔ)當(dāng)前具體的位置信息。當(dāng)讀寫頭經(jīng)過載碼體時(shí)，會(huì)從載碼體內(nèi)讀取出當(dāng)前位置信息，然后通過 PROFIBUS-DP 總線接口通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸給 S7-400 PLC系統(tǒng)，PLC 將其與編碼器位置信息比較，從而校正堆取料機(jī)行走位置。

3.2.2 建立兩臺(tái)斗輪機(jī)PLC的工業(yè)以太網(wǎng)

首先搭建一套測(cè)試設(shè)備，設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖如下：

2套 S7-300系統(tǒng)由 PS307電源、CPU314C-2DP、CPU314C-2PTP、CP343-1、CP343-1 IT、PC、CP5611、STEP7 組 成，PLC 系統(tǒng)概貌如下圖：

打開SIMATIC Manager，根據(jù)我們系統(tǒng)的硬件組成，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件組態(tài)，設(shè)置CP343-1、CP343-IT模塊的參數(shù)，建立一個(gè)以太網(wǎng)，MPI、IP 地址：

組態(tài)完2套系統(tǒng)的硬件模塊后，分別進(jìn)行下載，然后點(diǎn)擊Network Configration按鈕，打開系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)窗口NetPro，選中CPU314，如下圖：

到此為止，系統(tǒng)的硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)配置已經(jīng)完成。下面進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編制，在SIMATIC Manager界面中，分別在CPU314C-2PTP、CPU314C-2DP中插入OB35定時(shí)中斷程序塊和數(shù)據(jù)塊DB1，DB2，并在兩個(gè) OB35中調(diào)用FC5（AG_Send）和 FC6（AG_Recv）程序塊，如下圖：

2套控制程序已經(jīng)編制完成，分別下載到CPU當(dāng)中，將CPU狀態(tài)切換至運(yùn)行狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)S7-300之間的以太網(wǎng)通訊了。

如下界面說明了將CPU314C-2DP 的DB1中的數(shù)據(jù)發(fā)送到CPU314C-2PTP 的DB2中的監(jiān)視界面：

a.選擇Data View，切換到數(shù)據(jù)監(jiān)視狀態(tài)；

b.CPU314C-2DP 的DB1中發(fā)送出去的數(shù)據(jù)；

c.CPU314C-2PTP 的DB2中接收到的數(shù)據(jù)。

3.2.3 如果只是對(duì)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行共享也可以采用在A站（2號(hào)站）的PLC的定時(shí)循環(huán)中斷組織塊OB35中編寫發(fā)送程序，把A站中的MB20~MB24發(fā)送到B站（3號(hào)站）。程序如下

CALL "X_SEND" //SFC65

REQ ：=TRUE //使能端

CONT ：=TRUE //通訊資源，=TRUE時(shí)，完成后保持連接，=FALSE時(shí)，不保持

DEST_ID：=W#16#3 //對(duì)方 PLC2 的MPI 地址

REQ_ID ：=DW#16#1 //ID 號(hào)

SD ：=P#M 20.0 BYTE 5 //2 號(hào)站要發(fā)送的數(shù)據(jù)區(qū)指針，MPI通訊一次最多可發(fā)送76個(gè)字節(jié)。

RET_VAL：=MW2 //狀態(tài)返回字

BUSY ：=M1.0 // 當(dāng)前通訊有沒有完成

2、在B站的OB1中編寫接收程序，把A站（2號(hào)站）發(fā)送到的數(shù)據(jù)存入B站（3號(hào)站）的MB30~MB34中。程序如下

CALL "X_RCV" //SFC66

EN_DT ：=TRUE //使能接收

RET_VAL：=MW2 //返回的狀態(tài)字

REQ_ID ：=MD4 //ID 號(hào)

NDA ：=M1.1 // 接收完成一次，本位有一個(gè)掃描周期的高電平

RD ：=P#M 30.0 BYTE 5 //3號(hào)站，將接收到的數(shù)據(jù)放到這個(gè)指定的數(shù)據(jù)區(qū)

3.2.4 當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享之后，利用斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行編程設(shè)定，嘉定兩臺(tái)斗輪機(jī)之間的安全距離為40米，當(dāng)斗輪機(jī)1 的位置數(shù)據(jù)DB1與斗輪機(jī)2的位置數(shù)據(jù)DB2之間的差小于等于40米時(shí)，處在前端的斗輪機(jī)無法進(jìn)行后退操作，而處在后面的斗輪機(jī)無法進(jìn)行前進(jìn)操作。同時(shí)也可以將兩臺(tái)斗輪機(jī)的位置數(shù)據(jù)顯示在司機(jī)室的觸摸屏中，讓操作人員可以實(shí)時(shí)觀察兩臺(tái)斗輪機(jī)的各自所在的位置和相對(duì)距離，在人為操作層面提前做出安全操作。

3.2.5 當(dāng)兩臺(tái)斗輪機(jī)之間建立了網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可以進(jìn)行交換和共享，可以共享的數(shù)據(jù)不僅僅只有位置數(shù)據(jù)，通過對(duì)斗輪機(jī)的不同運(yùn)行數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)斗輪機(jī)之間的高進(jìn)度連鎖控制功能，利用兩臺(tái)斗輪機(jī)的跟隨調(diào)車功能，跟隨作業(yè)功能，甚至是兩臺(tái)斗輪機(jī)的全自動(dòng)控制功能。

四、結(jié)束語

斗輪機(jī)通過位置數(shù)據(jù)共享不僅可以實(shí)現(xiàn)的兩機(jī)防撞功能，通過對(duì)大量斗輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)共享，可以開發(fā)出更多的多臺(tái)斗輪機(jī)連鎖控制功能，而斗輪機(jī)通過位置數(shù)據(jù)共享也不僅僅是取代了激光防撞檢測(cè)裝置，隨著工業(yè)以太網(wǎng)的迅速發(fā)展，只要是工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)的設(shè)備，都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，功能連鎖，不僅大大提高了工業(yè)的自動(dòng)化程度，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，遠(yuǎn)程控制，無人值守功能都離不開數(shù)據(jù)共享，而實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)防撞功能只是邁出了數(shù)據(jù)共享應(yīng)用的第一步。