翻車機ControlLogix控制系統應用研究

神華黃驊港務公司　李文釗　韓俊月

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翻車機ControlLogix控制系統應用研究

神華黃驊港務公司李文釗韓俊月

摘要：根據翻車機ControlLogix控制系統的應用情況，研究了該系統的硬件配置、網絡架構、程序設計和上位機的實現，介紹ControlLogix集成ProfiBus-DP現場總線實現設備多元化控制方法。

關鍵詞：翻車機系統； ControlLogix； ProfiBus-DP； 變頻器

1前言

翻車機是一種大型高效的機械化卸車設備，主要用于翻卸鐵路敞車所裝載的煤、礦石等塊狀及顆粒物料，廣泛應用于火力發電廠、冶 金、港口等大型企業中[1]。黃驊港二期擴容工程建有2臺C型轉子式翻車機卸車系統，由翻車機、定位車、推車機、漏斗給料系統以及灑水和通風等輔助系統構成，目前主要進行C80A/C80B不解列車型的作業。

翻車機各個設備的運動控制等功能通過電氣設備實現，翻車機的自動化也是其電氣系統的自動化。翻車機電氣系統有電氣室控制柜、控制臺以及現場電動機、接近開關和就地操作箱等設備，其自動化的實現采用ControlLogix控制系統。

2翻車機ControlLogix控制系統配置

2.1翻車機ControlLogix控制系統硬件組成

ControlLogix控制系統主要由Logix5560處理器模塊、ControlLogix I/O模塊、ControlLogix背板及通訊模塊與電源四大部分組成，是將DCS與PLC的功能完美的結合在一起，提供順序控制、過程控制與傳動及運動控制的統一控制平臺，具有模塊化、帶電插拔、高速傳送和分布式的優點。由于系統是模塊化的，所以能更有效地設計、建立和更改系統，從而極大地節省培訓費用和工程實施費用。

圖1　翻車機ControlLogix系統網絡圖

以黃驊港二期擴容工程所建翻車機為例，系統主站在電氣室的PLC柜內， 配置1個7槽1756-A7/B背板附1756-PA75電源模塊，0槽為1756-L61控制器，1槽為1756-CNB/D控制網模塊，2槽為1756-CNB/D控制網模塊，3槽為SST-PFB-CLX通訊模塊，4槽為1756-DNB設備網模塊，6槽為1756-ENBT/A以太網模塊，其他槽位空閑。輸入輸出模塊均采用ControlLogix系列I/O模塊，如1794-IB16/A、1794-OB16/A、1794-IE8/B、1794-OF4I/A。另外控制室上位機監控采用RSview32軟件開發，觸摸屏為PanelView Plus 1000。

2.2翻車機ControlLogix控制系統的網絡構成

翻車機自動化控制通常由多個控制系統分別對各自的控制對象進行控制，以實現現場設備的控制、控制系統之間的信息傳送和控制系統與企業信息網絡的融合[2]。翻車機ControlLogix控制系統的網絡分為設備層DeviceNet、控制層ControlNet及信息層EtherNet/IP。設備層面向現場設備將PLC與傳感器和變頻器等設備相連。控制層傳輸大量復雜的I/O和對等通信信息。信息層對現場采集到的數據和信息進行處理和管理。三層網絡均通過RSNetWorx系列軟件完成組態。此外，翻車機、定位車和推車機的變頻器通訊采用ProfiBus-DP網絡，提高了系統可靠性。

DeviceNet設備網主要是定位車、推車機和翻車機的絕對值編碼器與PLC的通訊，向系統反饋設備的位置信息。ControlNet控制網由主機架、各I/O模塊、觸摸屏通過ACN15掛網模式組成控制網，上位機RSView32通過1784-PCICS/B插卡接入控制網；2號槽專門設置1個控制網模塊負責與CCR(中控系統)的通訊。以太網的建立通過翻車機PLC主站設有1個1756-ENBT以太網接口模塊，各個翻車機間通過以太網模塊經交換機實現互聯，并進一步向生產管理系統提供生產數。圖1為翻車機PLC系統配置示意圖。

該翻車機ControlLogix控制系統具有很多特點：ControlLogix背板、 I/O模塊、上位機和觸摸屏均通過一根總線相連，便于充分發揮ControlNet自身的預報警/診斷功能，易于排查故障，保障系統可靠安全；變頻器通過ProfiBus-DP總線單獨與PLC通訊，有效保證了變頻器大量數據通信的安全性，減輕了其他網絡負擔，同時能夠在上位機上修改變頻器相關參數，給技術人員的維護提供了便利；ControlLogix系統的自身特點使得翻車機系統的升級、擴展更為方便。

3程序設計及上位機實現

3.1ControlLogix程序設計

PLC程序設計采用windows xp下RSLogix5000軟件，它集PLC的系統配置、PLC程序的編輯、校驗和下載于一身，采用梯形圖、結構化文本語言、語句表等多種編程語言，功能豐富，直觀易學。在編寫程序前，需要根據系統硬件進行控制器型號、通訊模塊和I/O擴展模塊設置。根據翻車機卸車工藝流程，翻車機控制系統主要包括定位車/推車機運動控制、鐵路信號控制和漏斗自動給料等部分。

3.2ControlLogix上位機實現

上位機是操作人員和ControlLogix系統的人機接口，能將PLC提供的現場設備信息在屏幕上顯示，如現場翻車機、定位車和推車機相關設備的運轉情況，振動給料機給料情況及給料曲線圖數據分析、灑水噴淋、干式除塵和設備故障點等。觸摸屏是操作員向PLC和現場設備發布命令的系統。觸摸屏可以實現系統的全自動控制和監控，同時設有對每一個設備的單獨操作界面，應用于設備維修、故障處理、設備調試等非自動循環下的獨立操作。

黃驊港二期擴容翻車機ControlLogix控制系統的程序用Rslogix5000編寫，上位機軟件采用AB公司RSview32；觸摸屏采用PanelBuilder32軟件設計。人機界面和PLC編程軟件間、PLC編程軟件和PLC控制器間起通信連接是通過RSLinx系列軟件。它是用于AB PLC的服務器軟件，具有OPC(DDE)功能，可以為應用OPC協議的軟件提供網絡上各節點采集到的設備數據，通過RSLinx在控制網網絡上處理實時數據。

不同的PC機與ControlLogix系統的連接方式不同，RSlinx的組態方式也不盡相同。該上位機RSView32通過控制網接入PLC，需要對ControlNet Device進行設置才能編輯和運行。在PC上打開RSLinx，選擇“Communication”菜單中的“Configure Drive”一項后顯示一個對話框，在“Available Driver Types”的列表中選定“1784-PCIC(S) for ControlNet Devices”，點“Add New”按鈕，然后在對話框中設置相關硬件參數后就可生產ControlNet驅動接口[2]。

4基于ProfiBus-DP的變頻器控制

在ControlLogix控制系統中，除設備網、控制網和以太網之外，還有一種現場總線的應用。ProfiBus-DP是一種高速低成本通信總線，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信，使用ProfiBus-DP模塊可以取代價格昂貴的24 V或0～20 mA并行信號線[3]，特別適用于PLC與變頻器間的通訊。ProfiBus-DP組態工具可根據廠商提供的GSD文件將其設備集成在同一總線系統中。在ProfiBus-DP通訊中，由主機站——通常是一個可編程的邏輯控制器(PLC)——選擇響應主機指令的節點。主機也可以用廣播的形式給多個節點發送命令。在這種情況下，節點不需要給主機發送反饋信號。在 ProfiBus-DP網絡上，節點之間不能進行通訊。

翻車機ControlLogix系統組態SST-PFB-CLX模塊作為DP主站，翻車機和定位車各有2臺、推車機1臺集成了ProfiBus-DP接口裝置(CBP2配件板)的西門子6SE70變頻器作為從站。4臺霍伯納增量編碼器接入相應變頻器之中，反饋電動機的轉速。另外，該系統還將定位車和推車機大臂的角度編碼器接入ProfiBus-DP總線中。ProfiBus-DP總線在完成硬件連接后，還需要完成編譯軟件RSlogix5000以及DP模塊組態軟件(SST ProfiBus Configuration Tool)對硬件的組態。

定位車/推車機的驅動裝置中有多臺電動機，為了保證電機同步控制的精確性，采用變頻器配置編碼器的閉環控制。以定位車為例，8臺電動機輸出軸之間沒有任何硬性連接，均在齒條的一側進行驅動。將8臺電動機分為2組，由2臺變頻器分別驅動，一臺為Master Drive，另一臺為Slave Drive，各組中選取1臺設置增量編碼器，向變頻器反饋電機的速度值，見圖2。主變頻器接收PLC發出的給定速度，同時把自身運行速度值、位置值等參數通過屏蔽控制電纜發給從變頻器，最終實現8臺電動機的同步控制。利用RSLogix5000在程序中設計相應程序，控制編碼器實際值與變頻器輸出值之間的誤差，若超出范圍則封鎖變頻器，同時發出故障報警。

5結語

翻車機卸車系統設備繁多、工藝復雜， 通過采用 ControlLogix PLC 控制系統及其網絡通訊產品和技術，簡化了生產工藝流程，降低了勞動強度，提高了生產效率。翻車機電氣設備及其控制系統長期處于濕氣較大、煤塵大的惡劣環境下，ControlLogix以其較高的安全性及可靠性，保障了翻車機系統的正常運行。

圖2　基因ProfiBus-DP的變頻器控制示意圖

參 考 文 獻

[1]魯秉娟，王燕，趙紅兵．ProfiBus-DP在翻車機控制系統中的應用[J]．電氣傳動，2012，42(6)：44-47．

[2]朱春花．ControlNet 總線及網絡控制技術在冷戰控制系統中的應用[D]．重慶：重慶大學，2005．

[3]鄭小倩，黃明琪．基于ProfiBus-DP通信研究與實現[J]．計算機測量與控制，2007，15(5)：695-697．

The Application Research of the ControlLogix Control System for Car Dumper

Shenhua Huanghua Harbour Administration CORP.(LTD)Li WenzhaoHan Junyue

Abstract：According to the application of ControlLogix system in car dumpers, this paper researches its hardware configuration, network structure, program designing and upper monitor achieving. In addition, it introduces the diversification control method of equipment combined the ControlLogix with the ProfiBus-DP.

Key words：car dumper system； ControlLogix； ProfiBus-DP； frequency converter

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.008

收稿日期：2015-11-02

李文釗： 061113， 河北省滄州市渤海新區