SST PROFIBUS模塊在連續卸船機上的通訊應用

許益民（西門子工廠自動化工程有限公司，上海 200030）

SST PROFIBUS模塊在連續卸船機上的通訊應用

許益民（西門子工廠自動化工程有限公司，上海 200030）

本文介紹了一種采用SST PROFIBUS模塊作為掃描模塊實現不同品牌控制系統通訊的方法,成功地在連續卸船機上實現了Rockwell公司RSlogix5000系列PLC系統和Siemens公司變頻器驅動系統之間的通訊和數據交換。

連續卸船機；SST PROFIBUS模塊；GSD；PROFIBUS通訊

1 連續卸船機項目簡介

連續卸船機是利用某種連續輸送機械（比如鏈斗）來提升散粒物料的機頭，或兼有自行取料能力，或配以取料、喂料裝置，將散粒物料連續不斷地提出船艙，然后卸載到臂架或機架并能運至岸邊輸送機系統的專用起重機。本項目應用在電廠碼頭，采用鏈斗式結構連續卸船機，其主要由鏈斗提升機、提升機旋轉機構、懸臂帶式輸送機、懸臂俯仰機構、懸臂旋轉機構、大車行走機構、給料機等組成。為滿足將煤炭從散貨船上接卸并轉運到碼頭帶式輸送機上，鏈斗提升機采用“L”型取料頭，系鏈斗取料和提升合一形式的鏈斗提升機，提升機裝置在圓筒殼體內。“L”架上有一套回轉機構，可使提升機作360度全回轉。“L”架與懸臂架、平衡梁和轉柱組成四連桿形式，通過轉柱下部與平衡梁后部的連接油缸的伸縮，使提升機上升或下降。懸臂架上布置有帶式輸送機，提升機通過圓形給料器將物料卸至帶式輸送機上，再由帶式輸送機卸入門架中心煤斗，經過中心煤斗下部除大塊裝置，大于300mm的塊狀物料被分離出來，其余由底部皮帶給料機分別將物料卸到碼頭兩條帶式輸送機中的任意一條上。門架四個支腿上各裝有一套行走驅動機構。

2 控制系統描述

本項目因電廠客戶采購需求，大車行走機構、鏈斗、給料回轉等驅動方式均采用西門子交流變頻驅動，所有西門子變頻器放置在電氣房內，而上位機和主PLC采用Rockwell RSLogix5000系列，PLC系統用于操作控制，狀態監測，主機、液壓系統及電氣系統的故障顯示，自動報警及監控聯鎖裝置與安全裝置。PLC系統配備了控制機構與閉鎖PLC的編碼通訊系統，可對來自連續卸船機外部的控制信號設備和變頻器的所有外部控制信號進行編程通訊和監控。另外該PLC系統利用以太網通訊協議與控制室進行數據交換和信號通訊。駕駛控制室安裝在回轉懸臂架前端, 其室內的聯動臺對整個卸船機進行啟停操作，并且還可以通過攜帶式手提遙控器在甲板上對整個卸船機進行無線電遙控操作。

控制系統由PLC控制，此系統由模塊化的I/O模塊（輸入/輸出）的可分布式通訊設備構成。設備以太網通信回路方面主要有兩路通訊構成：一路是ControlNet回路，用于1794系列I/O模塊和HMI Panel View 1000；另外一路是PROFIBUS通訊回路，用于與西門子變頻系統、編碼器、無線遙控器、彎曲保護放大器、皮帶稱電子設備等設備通訊。控制系統結構如圖1所示。

圖1 PLC系統控制框圖

3 連續卸船機SST PROFIBUS設備通訊結構

PROFIBUS DP是一種成熟的開放式現場總線標準，不需要對其接口進行特別調整就可以通信。其在工業應用有如下優點：

（1）安裝容易，模塊化結構，體積小，節省空間，即插即用。

（2）接線簡單可靠，抗振動，免維護。

（3）功能齊全；能適應多種現場總線通訊方式及串行口通訊；包含有適用于各類信號的開關量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊，繼電器模塊，計數器模塊，電源模塊，第三方接口模塊等。

（4）防護等級高，可達IP65防護等級，能適應工業現場總線系統的現場環境。

鑒于以上PROFIBUS網絡通訊優點，所以本項目設計采用SST Profibus模塊作為以太網網關，實現不同廠商網絡設備之間的連接。它在邏輯上被組態為一個主站，周期性地查詢作為從站的西門子設備和第三方設備的數據，或者將相應所需數據傳送到這個從站，同時從站的數據也可以反饋給主站，從而達到各不同設備之間交換數據的通訊目的。

圖2 SST-PFB邏輯控制框圖

此方案包含了一個從ControlLogix CPU到PROFIBUS網絡的連接；該連接是在SST PROFIBUS模塊的幫助下完成的。該模塊是由第三方供應商(SST Woodhead)提供的插入模塊，安裝在AB ControlLogix CPU機架中。該模塊自身作為一個I/O模塊連接到ControlLogix CPU；在PROFIBUS一側，該模塊作為一個主站工作，輪詢各個從站。在這種情況下，設備之間所進行直接數據交換，具體如圖2所示。

本項目中西門子變頻器作為一個智能從站，與SST PROFIBUS模塊進行數據交換，數據在過程映像之間相互傳送。本項目這種解決方案的優勢在于它的簡單性和耐用性，并且對將ControlLogix CPU連接到它的I/O設備的網絡沒有任何限制要求。

本項目連續卸船機SST PROFIBUS設備通訊設計圖如圖3所示：

圖3 SST PROFIBUS設備通訊設計圖

4 現場SST PROFIBUS通訊設備組態調試

在SST PROFIBUS通訊設備模塊調試前需要做好前期準備工作，因為前期準備工作不充分，會導致PROFIBUS通訊故障的發生。整個PROFIBUS回路連接設備達十幾個，如果其中某一個設備通訊有問題，會影響其它設備的正常工作。而PROFIBUS通訊故障主要原因有接線松動，通訊接頭損壞，通訊組態文件損壞，就地設備損壞，以及電磁干擾問題等。所以調試前有必要檢查PROFIBUS DP電纜連接的可靠性，供電電源的正確性，EMC系統是否安全連接，終端電阻是否連接好等問題。

準備工作充分后，開始SST PROFIBUS通訊設備組態調試，其步驟如下：

首先對處理器上電，并將開關置于REM PROG位置，SST模塊上的COMM和SYS燈會交替閃爍，說明SST模塊在組態模式；

（1）進行SST PROFIBUS軟件的安裝，打開SST PROFIBUS軟件。

（2）進行SST PROFIBUS Configuration的配置。進行主站Master配置，主站地址和模塊撥碼開關設定地址一致，系統設置為 PROFIBUS 主站，地址 0（如圖4所示）。

（3）從站 GSD 文件導入，添加從站Slave，地址和模塊撥碼開關設定地址一致，打開屬性，設置好通訊接口和波特率，如圖5所示。

圖5 通訊接口和波特率設置圖

(4)配置完成后進行SST-PFB程序的下載。

(5)在線和診斷，將處理器設置為RUN模式，判斷PROFIBUS網絡是否暢通變綠。

如圖6所示，本項目PROFIBUS 通訊ALL OK，可以進行主PLC和網絡設備通訊了，調試完成后連續運行正常。

圖6 SST PROFIBUS通訊allok圖

5 連續卸船機SST PROFIBUS模塊通訊故障處理方法

由于項目現場處于雷暴地區，根據國家規范GB50057《建筑物防雷設計規范》和JGJ46-2005《施工現場臨時用電安全技術規范》，高度大于15米以上的設備或者臨時起重機施工設施由于雷擊的可能性比較大必須采用避雷針，并將相關起重機下部機械結構連接到接地裝置上。

在雷暴季節，需要酌情關停連續卸船機系統，同時需要連續卸船機電氣系統采用安全可靠的防雷與接地措施，否則會導致PROFIBUS 網絡設備出現損壞或通訊異常。

雷暴過后的連續卸船機需要及時點檢檢查各個網絡設備，更換損壞設備或電纜。而SST PROFIBUS通訊故障從如下幾種方面去找解決辦法：

（1）終端DP頭損壞；

（2）EMC接地不理想；

（3）二次調試終端電阻設置錯誤；

（4）更換DP頭后接線不牢；

（5）硬件配置和從站號設置問題；

（6）波特率設置問題。

現場調試各網絡設備情況表明，以上對應問題都可以一一解決。

而對于連續卸船機SST PROFIBUS模塊的EMC安全要求，根據現場情況需要注意如下幾點：

（1）因為施工原因，通訊電纜與動力驅動電纜同時敷設在一個蓋板上，未有獨立的屏蔽蓋板層。電廠后續連續卸船機電氣大修改造時布線應該盡量繞開有高頻干擾的設備（變頻器等），且不要和強電電纜一起敷設，即DP通訊電纜需要單獨采用敷設。

（2）DP通訊接地不能與強電設備共地，避免地線帶感應電的干擾。

（3）卸船機DP通訊都是DP電纜敷設，如果條件允許，附近又有較多干擾源，可以考慮選用光纜傳輸。

（4）接地線與設備的連接應采取防松和防銹措施。

6 小結和發展前景

SST PROFIBUS通訊模塊在連續卸船機上的通訊解決方案采用嚴格的設計以達到最高的信號和功率完整性水平，并在復雜的工業自動化網絡中實施現場總線協議方面發揮著重要作用。PROFIBUS是標準化的開放式網絡通信系統，可讓包括傳感器、變頻器和PLC在內的所有自動化裝置通過單一總線相互通信。隨著工業4.0的推廣和PROFINET產品的發展，未來SST以太網通信模塊和掃描器高效集成PROFINET，可以實現遠程通信、控制和網絡接入監控，用于工廠自動化、過程控制和復雜機器應用。

SST PROFIBUS Module Communication Application in Continue Ship Unloader

The article introduces a different controller communication mode by taking the SST Profibus module as the scanner. The communication and data interchange have been realized between the Rockwell Rslogix 5000 Serial PLC and the SIEMENS Converter drive system in the Continue Ship Unloader Crane. Key words: CSU; SST PROFIBUS module; GSD; PROFIBUS communication

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1003-0492(2015)06-0090-03

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許益民（1976-）, 男 ，江西吉水人，主任設計師，碩士，主要研究方向為工業電氣自動化和控制工程。