過程自動化現(xiàn)場總線在輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　過程自動化現(xiàn)場總線在輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：本文詳細(xì)介紹了基于Modbus TCP/IP的冗余過程自動化現(xiàn)場總線在印度某電廠項(xiàng)目中的應(yīng)用。闡述了輸送機(jī)的發(fā)展及過程自動化的原理、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、控制功能等。 </p><p>　　關(guān)鍵字：冗余控制系統(tǒng)ControlNet總線ModBus總線冗余過程自動化總線 </p><

2、;p>　　中圖分類號： TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代散裝物料連續(xù)運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，被廣泛應(yīng)用在煤炭、冶金、電力、化工、礦山、港口、建材、糧食等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用，而礦用帶式輸送機(jī)由于其具有運(yùn)距長、運(yùn)量大、連續(xù)運(yùn)輸性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn),被普遍應(yīng)用于水平、

3、斜坡等現(xiàn)代礦井、巷道的主要運(yùn)輸通道中；而且隨著工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，對輸送機(jī)的先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求也是不斷的提高,越來越多的場合需要多條帶式輸送機(jī)組成系統(tǒng)連鎖運(yùn)行來滿足現(xiàn)場需要,以減少勞動量、提高自動化程度。為保障系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,需要應(yīng)用大量的拉繩、跑偏、防堵塞等多種保護(hù)開關(guān)，傳統(tǒng)的做法是將大量的拉繩開關(guān)串接成一點(diǎn)，多個(gè)跑偏開關(guān)并接成一點(diǎn)，然后送到控制系統(tǒng)中。這樣不僅要浪費(fèi)大量的電纜，而且當(dāng)其中一個(gè)保護(hù)開關(guān)動作

4、時(shí)，系統(tǒng)無法識別其位置，只能靠人工進(jìn)行尋址，在皮帶機(jī)數(shù)量大、距離長的情況下，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。在本項(xiàng)目中，采用了冗余的控制網(wǎng)絡(luò)、冗余供電、冗余控制器的冗余控制系統(tǒng)，這樣單一的故障就不會產(chǎn)生整個(gè)控制系統(tǒng)故障以及任何故障不會導(dǎo)致輸送保護(hù)系統(tǒng)誤操作或喪失保護(hù)功能；系統(tǒng)內(nèi)部處理器與子站之間的通訊采用了冗余ControlNet總線</p><p>　　基于過程自動化現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) </p>

5、<p><b>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　由1臺工程師站及2臺互為冗余的操作員站和冗余的主站及多套子站、冗余電源模件、熱備CPU、冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)、冗余以太網(wǎng)（modbus TCP/IP）、冗余通訊模塊、冗余交換機(jī)等組成。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示： </p><p>　　圖1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) </p>

6、<p>　　為了保證通訊的可靠性，工程師站及冗余的操作站與PLC控制器之間，通過冗余的modbus TCP/IP以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。每個(gè)系統(tǒng)機(jī)架上都配置兩塊獨(dú)立的以太網(wǎng)模塊，分別設(shè)置不同網(wǎng)段的IP地址，同時(shí)連接到兩組交換機(jī)。上層的工程師站及操作員站也配備了冗余的網(wǎng)卡，可以分別采集每個(gè)機(jī)架上的數(shù)據(jù)。這種完全冗余的網(wǎng)絡(luò)配置，大大降低了因?yàn)橥ㄓ嵵袛喽鴮?dǎo)致的生產(chǎn)事故。2.2系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) </p><p>　　

7、系統(tǒng)主要由以下幾部分組成 </p><p>　　1）HMI（人機(jī)接口）：冗余操作員及工程師站，采用三臺控制工作站，其中兩臺互為冗余的操作員站，任一臺控制工作站均有程控系統(tǒng)所有的設(shè)備能力，兩臺操作員站同時(shí)工作；另一臺為工程師站。主要完成過程參數(shù)的監(jiān)視、報(bào)警、趨勢分析以及操作等功能。 </p><p>　　網(wǎng)絡(luò)電纜：用于現(xiàn)場設(shè)備與HMI的信息交換介質(zhì)。采用雙絞線，有4種類型的電纜可供選擇。分別

8、是：A、B、C、D型。不同的電纜類型對應(yīng)不同的傳輸距離。A型電纜的傳輸距離最長達(dá)1900m。D型電纜最短200m，B型、C型電纜介于A型、D型之間，分別為1200m和400m。 </p><p>　　冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)：用于連接過程自動化現(xiàn)場總線modbus、I/O遠(yuǎn)程站（總線為Contronet）與HMI，進(jìn)行信息交換。 </p><p>　　終端器：用在網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)末端的阻抗匹配器。每

9、條總線段需要2個(gè)終端器。終端器用于防止信號失真和衰減。 </p><p>　　中繼器：用于擴(kuò)展現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)上的任意2臺設(shè)備間最多可使用4臺中繼器。它是一臺有源的總線或非總線供電設(shè)備，工作在物理層。 </p><p>　　冗余電源：為主站CPU及現(xiàn)場I/O站供電。 </p><p>　　現(xiàn)場總線設(shè)備：現(xiàn)場總線設(shè)備主要指現(xiàn)場總線儀表，它們?nèi)坎⒙?lián)到過程自動化現(xiàn)場

10、總線上，作為該網(wǎng)的智能節(jié)點(diǎn)，每臺開關(guān)量現(xiàn)場總線儀表均帶有編碼器。用戶可以通過組態(tài)軟件對這些功能模塊進(jìn)行靈活地訪問來實(shí)現(xiàn)自己的控制策略。 </p><p>　　由此可見，和傳統(tǒng)的DCS和PLC控制系統(tǒng)不同，本項(xiàng)目中采用過程自動化總線的方式對帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的過程進(jìn)行檢測、顯示、控制、保護(hù)、報(bào)警和管理，所有現(xiàn)場儀表都是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能設(shè)備。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場儀表已不

11、再是傳統(tǒng)意義上的變送或執(zhí)行單元，而是同時(shí)起著數(shù)據(jù)采集、控制、計(jì)算、報(bào)警、診斷、執(zhí)行和通信的作用。每臺儀表均有自己的地址與網(wǎng)絡(luò)上的其它儀表進(jìn)行區(qū)分。所有現(xiàn)場儀表均可采用總線供電方式。打破了常規(guī)的一次儀表配常規(guī)顯示儀表、一次儀表與DCS或PLC配套傳統(tǒng)應(yīng)用，大量節(jié)省了人力物力。與傳統(tǒng)的DCS或PLC系統(tǒng)相比，過程自動化現(xiàn)場總線技術(shù)更具有開放性、互連性、互操作性、擴(kuò)展性以及豐富的軟、硬件資源。 </p><p><

12、;b>　　控制功能 </b></p><p>　　冗余控制系統(tǒng)對整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視和自動順序控制。 操作員站是系統(tǒng)的監(jiān)視控制中心，具有數(shù)據(jù)采集、畫面顯示、參數(shù)處理、越限報(bào)警、制表打印等功能。運(yùn)行人員可在任一臺操作站上進(jìn)行監(jiān)控工藝流程、測量參數(shù)、控制對象的狀態(tài)、成組參數(shù)等。當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警、控制對象故障或狀態(tài)變化時(shí)操作員站能以不同顏色表示。工程師站除了具備PLC 編程功能外，還具備了操作員站的

13、所有功能，即可以對操作員站的工藝流程畫面進(jìn)行監(jiān)控、編程和組態(tài)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)由操作人員通過顯示器顯示裝置和鍵盤/鼠標(biāo)進(jìn)行自動監(jiān)視。 </p><p>　　整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能，能進(jìn)行所有設(shè)備的控制、流程選擇等操作，隨時(shí)采集運(yùn)行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄、實(shí)時(shí)報(bào)警、狀態(tài)顯示、故障診斷和遠(yuǎn)程通訊。并能 </p><p>　　按規(guī)定時(shí)間打印各種報(bào)表。 </p><p&

14、gt;<b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　過程自動化現(xiàn)場總線是一種用于智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)。它用數(shù)字信號完全取代了傳統(tǒng)的4~20mA信號，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場的管理與控制的統(tǒng)一，使一些基本過程控制，報(bào)警和計(jì)算功能分布在現(xiàn)場完成，可使設(shè)備增加非控制信息，如：診斷信息等.實(shí)現(xiàn)了開放性與互操作性，它不僅僅是一種通信技術(shù)，實(shí)際是智能化儀表，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放系

15、統(tǒng)結(jié)構(gòu)等技術(shù)的集成。連接在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的智能現(xiàn)場設(shè)備都具有數(shù)字通信能力，各種智能現(xiàn)場設(shè)備共享信道，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換，協(xié)調(diào)工作，組成一個(gè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以成功用于印度某電廠，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行情況說明，在長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)中采用的過程自動化控制系統(tǒng)完成輸送機(jī)高效平穩(wěn)的運(yùn)行時(shí)完全必要的，也是切實(shí)可行的。它將提高輸送機(jī)的可靠性、完全性，而且維護(hù)量小，性能優(yōu)越，非常值得推廣應(yīng)用。 </p><p><

16、b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] ControlLogix 冗余系統(tǒng)用戶手冊 </p><p>　　[2] ControlLogix 系統(tǒng)用戶手冊 </p><p>　　[3] FactoryTalk View Site Edition help </p><p>　　[4] 陸德民. 石油化工自動控制