現場總線在皮帶散料輸送控制系統中的應用

李顯軍，段仁君2，袁應文3

（1.貴州開磷股份機電設備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設備有限公司， 湖南長沙 410001）

現場總線在皮帶散料輸送控制系統中的應用

李顯軍1，段仁君2，袁應文3

（1.貴州開磷股份機電設備安裝公司， 貴州開陽縣 550302；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙 410012；3.長沙華飛自動化設備有限公司， 湖南長沙 410001）

摘 要：介紹了將皮帶散料輸送系統的現場總線控制方案，并與皮帶散料輸送PLC控制系統進行了比較。實踐表明，現場總線控制系統在皮帶散料輸送中的應用具有明顯的優勢。

關鍵詞：散料輸送；現場總線；皮帶輸送機；控制系統

0 前 言

目前國內皮帶散料輸送控制主要采用PLC、DCS控制系統，一定程度上滿足了散料輸送自動化監控管理的要求。由于散料輸送現場的特殊環境及生產工藝情況，現有控制系統日益暴露出控制方式相對落后、不利于管理維護的缺點，滿足不了對散料輸送進行更全面、更有效監控管理的要求。隨著計算機、通訊、控制技術的發展，將現場總線技術應用于散料輸送控制系統中，可以很好彌補現有PLC、DCS控制系統的不足，是散料輸送控制系統發展的一個趨勢。

1 開磷散料輸送系統現狀

貴州開磷集團是我國三大磷礦石生產基地之一，集團磷礦開采及充填等生產過程中的散料輸送主要采用皮帶輸送機，輸送現場運輸距離較長，且很多運行于地下坑道，環境惡劣。

目前，開磷的散料輸送控制主要采用PLC控制系統，PLC控制主站為AB公司的ControlLogix系列產品，控制主站位于主控室。同時在井下皮帶輸送機控制室/轉運站設若干從站，從站主要采用SLC500產品。主站和從站之間采用光纖進行通訊。PLC與傳感器、執行機構、儀表、控制器之間的連接采用硬接線方式。

由于每條皮帶機距離比較長，皮帶輸送機的拉繩、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PLC收到拉繩、跑偏等傳感器信號時，在主控室進行告警，并對相應的皮帶輸送機進行停機。由于坑道環境比較惡劣，現場傳感器容易銹蝕、老化，當某個拉繩、跑偏等傳感器出現故障或由于其他原因引起誤操作時，PLC同樣會進行告警，并對皮帶機進行停機。由于采用共用信號，不能對傳感器進行定位監控，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行有效判斷。由于不方便及時判斷并排除故障，給皮帶機的運營維護帶來了很大的麻煩。因此，有時為了滿足生產的需要，對出現故障的皮帶機只能人為解除聯鎖控制，打到手動狀態運行，給生產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，由于每條皮帶機距離較長，考慮到線纜數量、鋪設、接線及維護等因素，大大增加了PLC控制系統的成本，延長了施工的工期，在實際實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，在開磷集團馬路坪570礦新建過程中，通過采用現場總線控制方案，很好解決了生產過程中遇到的問題，滿足了生產的需要。

2 現場總線控制方案

開磷馬路坪570礦現場設備共包括3條皮帶輸送機，每條約500m長，另外還包括一個皮帶機底部水倉水泵，均位于井下坑道內。每條皮帶輸送機配置有皮帶保護裝置（跑偏、拉伸、打滑、撕裂、堵塞等傳感器）、除鐵器、放礦機等設備。

整個570礦的散料輸送采用現場總線控制方案。控制原理如圖1所示：

控制主站PLC采用ContorlLogix5000控制器，同時為其他采礦子系統共用，已投產運行。570礦現場總線控制子系統通過工業以太網（光纖介質）接入已有的控制主站PLC。

在570礦現場總線控制子系統中，現場總線設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現場，安裝在傳感器或設備旁適當位置。每臺設備（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，設備或傳感器的信號直接接入智能接入單元。

所有的現場設備，以每條皮帶輸送機為單位分組；皮帶機底部水倉水泵單獨為一組。每組配置一個智能集控單元。570礦現場總線子系統取消了以前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現場總線進行連接，并通過PROFIBUS-DP接入智能集控單元。智能集控單元間采用工業以太網等協議進行通訊，并通過工業以太網（光纖介質）接入控制主站。

圖1　570礦散料輸送的現場總線控制方案

3 現場總線控制系統的功能

現場總線設備的防護等級為IP67，能充分滿足現場環境的要求。570礦現場總線控制系統投運后，運行穩定，同時實現了現場傳感器的定位監控，有效彌補了原PLC控制系統的不足，很好提升了系統的管理水平，大大減少了日常維護的工作量，主要功能包括：

（1）在PLC控制主站實現了對每個拉繩、跑偏、打滑、撕裂、堵塞等傳感器的集中定位監控，在主站計算機上可監視每個傳感器的運行及故障狀態；

（2）根據現場要求，對現場傳感器參數可在主控室計算機界面上進行遠程設置；

（3）智能集控單元具有可編程控制功能，實現了就地自動控制，可在PLC主站設置遠程或就地控制的參數或策略，靈活實現堵塞/振打裝置、除鐵器、放礦機等設備的遠程或就地控制，同時在主控室計算機上監視堵塞/振打裝置等的運行狀態；

（4）水倉水泵作為相對獨立的控制系統，實現了就地閉環控制，并通過工業現場總線接入PLC主站，在主站計算機上監視水倉水泵的運行狀態；

（5）系統擴展、完善方便，在現場運行過程中，在基本上不增加電纜及設備的情況下，實現了將皮帶機的電機電流、溫度等參數的納入整個監控系統。

與原PLC控制方案相比，在570礦中采用現場總線控制方案，整個系統大大減少了電纜及電纜鋪設施工等工程量，有效降低了系統成本，系統成本不到原PLC方案的50%，簡化了系統結構，縮短了工程的工期。

4 結 論

570新建礦采用現場總線控制系統，實現了皮帶輸送機傳感器的定位監控，與傳統PLC方案信號采用硬接線接入控制室IO模塊相比，大幅節省了系統線纜的投資，減少了工程施工量，系統投產試運營半年以來，整個系統運行穩定，有效解決了以前井下皮帶機運行過程中皮帶保護裝置日常運行維護的難題，提升了了生產管理的水平，也為國內皮帶機特別是長皮帶機散料輸送監控系統的建設提供了一個成功的范例。

參考文獻：

［1]陽憲惠.現場總線技術及其應用［M］.北京：清華大學出版社，1999.

［2]徐 偉.基于現場總線的分布式控制系統的開發與研制［D］.青島：山東科技大學，2003.

［3]李 燁.現場總線技術及其應用研究［D］.長沙：湖南大學，2002.

收稿日期：（2016-04-12）

作者簡介：李顯軍（1984-），男，工程師，主要從事工業自動控制系統設計、應用，Email：276068500@qq.com。