基于Pr ofibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的振打器控制系統(tǒng)

余堅(jiān)，周天馳，李鳳周

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038)

在冶煉行業(yè)中，冶金爐的含塵煙氣經(jīng)過(guò)余熱鍋爐、電除塵器時(shí)，會(huì)使設(shè)備內(nèi)壁上粘附大量煙塵，嚴(yán)重影響鍋爐的換熱效率，甚至影響正常運(yùn)行；電除塵器也會(huì)因內(nèi)壁煙塵過(guò)多，導(dǎo)致陰極和陽(yáng)極間短路甚至起火。以上工藝場(chǎng)合需要使用大量彈簧振打器對(duì)設(shè)備外壁進(jìn)行振打，確保內(nèi)壁煙塵能及時(shí)得到清除。一般一臺(tái)中型鍋爐配備的振打器數(shù)量在100個(gè)左右，且振打器的位置較為集中。諸多行業(yè)的配料倉(cāng)，為了防止物料粘附在料倉(cāng)內(nèi)壁，也會(huì)使用多個(gè)彈簧振打器。傳統(tǒng)的振打器控制方案是為每個(gè)彈簧振打器設(shè)置1個(gè)控制箱，控制箱內(nèi)包含交流斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器等電氣元件。然而，傳統(tǒng)方案存在一定缺點(diǎn)，即直接通過(guò)硬接線將振打器的控制信號(hào)傳輸至DCS系統(tǒng)機(jī)柜，會(huì)敷設(shè)大量的電纜，DCS系統(tǒng)需要配置大量的I/O卡件，從而增加了工程成本，給安裝、調(diào)試及后期檢修、維護(hù)帶來(lái)了一定困難[1]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文擬提供一種可靠、實(shí)用、方便、經(jīng)濟(jì)的振打器控制方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)振打器的就地控制和遠(yuǎn)程控制。

1 現(xiàn)場(chǎng)控制箱設(shè)計(jì)

在現(xiàn)場(chǎng)振打器附近設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)控制箱，將多個(gè)振打器集中到一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)控制箱面板上為每個(gè)振打器配置1個(gè)就地/集中轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、1個(gè)綠色帶燈按鈕（用來(lái)啟動(dòng)振打器并顯示振打器運(yùn)行狀態(tài)）、1個(gè)紅色按鈕（用來(lái)停止振打器）?，F(xiàn)場(chǎng)箱采用304不銹鋼，防護(hù)等級(jí)為IP65，雙層門(mén)，外門(mén)帶玻璃視窗，并配備IP68格蘭頭。以3臺(tái)振打器共用1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱為例，控制箱布置如圖1所示。

圖1 控制箱布置

由圖1可知，箱體正面設(shè)置有玻璃觀察窗，通過(guò)玻璃觀察窗可觀察運(yùn)行狀態(tài)指示燈的狀態(tài)。帶燈按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)安裝在玻璃觀察窗內(nèi)部，停止按鈕安裝在玻璃觀察窗外，從而方便現(xiàn)場(chǎng)工人在緊急情況能迅速按下停止按鈕來(lái)停止振打器運(yùn)行。

2 電氣控制原理

為每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱提供1路380 V三相交流電源，分成3個(gè)回路分別為3個(gè)振打器電機(jī)供電，從每個(gè)380 V主回路分別取一相220 V電源作為控制回路電源?？刂葡鋬?nèi)的直流電源模塊為現(xiàn)場(chǎng)總線模塊提供24 V直流電源。

每個(gè)振打器主回路上有馬達(dá)保護(hù)型斷路器、交流接觸器，控制回路上有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、中間繼電器。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換至機(jī)旁，按下啟動(dòng)按鈕，交流接觸器主回路閉合，振打器啟動(dòng)，運(yùn)行指示燈亮起；按下停止按鈕，交流接觸器主回路斷開(kāi)，振打器停止運(yùn)行。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換至集中，遠(yuǎn)程啟動(dòng)中間繼電器K1閉合，控制交流接觸器主回路閉合，振打器啟動(dòng)，運(yùn)行指示燈亮起。電氣控制原理見(jiàn)圖2。圖中，1~3 MCCB為馬達(dá)保護(hù)型斷路器；1~3 KM為交流接觸器；1~3 FU為熔斷器；1~3 SA為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；1~3 K1為中間繼電器；1~3 SBS為按鈕；1~3 SBF為帶燈按鈕。

3 總線模塊信號(hào)采集

控制箱內(nèi)設(shè)置具有強(qiáng)抗干擾能力以及IP67的防護(hù)等級(jí)的緊湊型現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，電子電路使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行灌封，可以適應(yīng)惡劣的電氣和機(jī)械工況環(huán)境。現(xiàn)場(chǎng)總線模塊采用的Profibus-DP通信協(xié)議，是一種開(kāi)放的總線標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)模塊具有16個(gè)可自由定義的數(shù)字量通道，可根據(jù)需求配置為DI通道或者DO通道。圖3是控制箱內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊接線。

由圖3可以看出，C1~C6共12個(gè)通道為數(shù)字量輸入通道；C7~C8共4個(gè)通道為數(shù)字量輸出通道。

將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的集中信號(hào)（就地/集中信號(hào)）、交流接觸器閉合信號(hào)（運(yùn)行信號(hào)）、斷路器的故障報(bào)警信號(hào)（故障信號(hào)）通過(guò)端子排接入現(xiàn)場(chǎng)總線模塊的3個(gè)DI通道，遠(yuǎn)程啟動(dòng)信號(hào)通過(guò)DO通道，接入振打器的控制回路中，完成現(xiàn)場(chǎng)總線模塊對(duì)控制信號(hào)的采集。振打器的控制信號(hào)接入現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，每個(gè)振打器包括3個(gè)DI信號(hào)（運(yùn)行信號(hào)、就地/集中信號(hào)、故障信號(hào)）和1個(gè)DO信號(hào)（啟動(dòng)信號(hào)）。通過(guò)Profibus-DP總線方式將所有信號(hào)送入DCS控制系統(tǒng)的通信模塊，在Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)中，DCS的DP通信模塊作為主站，現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)的每個(gè)總線模塊均作為一個(gè)DP從站，每個(gè)DP網(wǎng)段所連接從站數(shù)量一般不大于31個(gè)。當(dāng)從站數(shù)量大于31個(gè)時(shí)，需要增加中繼器[2]?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)的每個(gè)總線模塊均作為1個(gè)Profibus-DP從站，DCS的Profibus-DP通信模塊作為主站，通過(guò)DP總線通信電纜依次連接，所有信號(hào)即可送入DCS中進(jìn)行集中監(jiān)控。整個(gè)基于總線的振打控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

4 DCS系統(tǒng)組態(tài)及程序開(kāi)發(fā)

從現(xiàn)場(chǎng)控制箱到DCS系統(tǒng)DP通信模塊之間的Profibus-DP通信鏈路完成物理連接后，需對(duì)采集單元和DCS系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)通信。具體步驟如下：1）加載總線模塊Profibus-DP通信的GSD文件[3]。2）主站通信設(shè)置。為實(shí)現(xiàn)采集單元與DCS之間通信，首先對(duì)DCS端DP主站進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。通信協(xié)議選擇Profibus-DP；波特率選擇187.5 kbps；DP地址設(shè)置為1[3]。3）組態(tài)從站設(shè)備。例如，單條Profibus-DP通信鏈路上總線模塊從站設(shè)備數(shù)量為N，從站的DP地址設(shè)定依次為2～（N+1）。4）解包通信數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線模塊產(chǎn)品提供的通信地址點(diǎn)表，對(duì)通信數(shù)據(jù)包進(jìn)行分解，取出對(duì)應(yīng)的DI/DO信號(hào)。5）開(kāi)發(fā)人機(jī)界面。開(kāi)發(fā)振打系統(tǒng)操作的人機(jī)界面，結(jié)合振打器設(shè)備編號(hào)和分布位置，并根據(jù)工藝需求進(jìn)行分組、分區(qū)域。每個(gè)振打器的運(yùn)行、就地/集中、故障信號(hào)均可在控制室人機(jī)界面上顯示，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到集中狀態(tài)，可在控制室DCS發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。通過(guò)編程，對(duì)分組后的振打器設(shè)置多種自動(dòng)振打模式；手動(dòng)操作每組振打器的啟停；設(shè)置每組振打間隔時(shí)間，該組振打器按照預(yù)設(shè)時(shí)間循環(huán)振打[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

以上振打器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案已在實(shí)際工程中成功實(shí)施，運(yùn)行至今未出現(xiàn)過(guò)通信數(shù)據(jù)丟包或傳輸故障現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)硬接線相同的控制要求。實(shí)踐證明，該方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）能夠?qū)⒍鄠€(gè)振打器集中在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱控制，減少控制箱的數(shù)量；2）振打器有就地/遠(yuǎn)程兩種控制方式，滿足生產(chǎn)和操作的需求；3）總線通信方式傳輸數(shù)據(jù)量大，節(jié)省大量控制電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)的施工費(fèi)用，降低了工程成本；4）減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素；5）增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。