許益民（西門(mén)子工廠自動(dòng)化工程有限公司，上海 200030）

SST PROFIBUS模塊在連續(xù)卸船機(jī)上的通訊應(yīng)用

許益民（西門(mén)子工廠自動(dòng)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(shí)現(xiàn)不同品牌控制系統(tǒng)通訊的方法,成功地在連續(xù)卸船機(jī)上實(shí)現(xiàn)了Rockwell公司RSlogix5000系列PLC系統(tǒng)和Siemens公司變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的通訊和數(shù)據(jù)交換。

連續(xù)卸船機(jī)；SST PROFIBUS模塊；GSD；PROFIBUS通訊

1 連續(xù)卸船機(jī)項(xiàng)目簡(jiǎn)介

連續(xù)卸船機(jī)是利用某種連續(xù)輸送機(jī)械（比如鏈斗）來(lái)提升散粒物料的機(jī)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(xù)不斷地提出船艙，然后卸載到臂架或機(jī)架并能運(yùn)至岸邊輸送機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)用起重機(jī)。本項(xiàng)目應(yīng)用在電廠碼頭，采用鏈斗式結(jié)構(gòu)連續(xù)卸船機(jī)，其主要由鏈斗提升機(jī)、提升機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、懸臂帶式輸送機(jī)、懸臂俯仰機(jī)構(gòu)、懸臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車(chē)行走機(jī)構(gòu)、給料機(jī)等組成。為滿足將煤炭從散貨船上接卸并轉(zhuǎn)運(yùn)到碼頭帶式輸送機(jī)上，鏈斗提升機(jī)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(jī)，提升機(jī)裝置在圓筒殼體內(nèi)?！癓”架上有一套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可使提升機(jī)作360度全回轉(zhuǎn)。“L”架與懸臂架、平衡梁和轉(zhuǎn)柱組成四連桿形式，通過(guò)轉(zhuǎn)柱下部與平衡梁后部的連接油缸的伸縮，使提升機(jī)上升或下降。懸臂架上布置有帶式輸送機(jī)，提升機(jī)通過(guò)圓形給料器將物料卸至帶式輸送機(jī)上，再由帶式輸送機(jī)卸入門(mén)架中心煤斗，經(jīng)過(guò)中心煤斗下部除大塊裝置，大于300mm的塊狀物料被分離出來(lái)，其余由底部皮帶給料機(jī)分別將物料卸到碼頭兩條帶式輸送機(jī)中的任意一條上。門(mén)架四個(gè)支腿上各裝有一套行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2 控制系統(tǒng)描述

本項(xiàng)目因電廠客戶(hù)采購(gòu)需求，大車(chē)行走機(jī)構(gòu)、鏈斗、給料回轉(zhuǎn)等驅(qū)動(dòng)方式均采用西門(mén)子交流變頻驅(qū)動(dòng)，所有西門(mén)子變頻器放置在電氣房?jī)?nèi)，而上位機(jī)和主PLC采用Rockwell RSLogix5000系列，PLC系統(tǒng)用于操作控制，狀態(tài)監(jiān)測(cè)，主機(jī)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的故障顯示，自動(dòng)報(bào)警及監(jiān)控聯(lián)鎖裝置與安全裝置。PLC系統(tǒng)配備了控制機(jī)構(gòu)與閉鎖PLC的編碼通訊系統(tǒng)，可對(duì)來(lái)自連續(xù)卸船機(jī)外部的控制信號(hào)設(shè)備和變頻器的所有外部控制信號(hào)進(jìn)行編程通訊和監(jiān)控。另外該P(yáng)LC系統(tǒng)利用以太網(wǎng)通訊協(xié)議與控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信號(hào)通訊。駕駛控制室安裝在回轉(zhuǎn)懸臂架前端, 其室內(nèi)的聯(lián)動(dòng)臺(tái)對(duì)整個(gè)卸船機(jī)進(jìn)行啟停操作，并且還可以通過(guò)攜帶式手提遙控器在甲板上對(duì)整個(gè)卸船機(jī)進(jìn)行無(wú)線電遙控操作。

控制系統(tǒng)由PLC控制，此系統(tǒng)由模塊化的I/O模塊（輸入/輸出）的可分布式通訊設(shè)備構(gòu)成。設(shè)備以太網(wǎng)通信回路方面主要有兩路通訊構(gòu)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(mén)子變頻系統(tǒng)、編碼器、無(wú)線遙控器、彎曲保護(hù)放大器、皮帶稱(chēng)電子設(shè)備等設(shè)備通訊?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC系統(tǒng)控制框圖

3 連續(xù)卸船機(jī)SST PROFIBUS設(shè)備通訊結(jié)構(gòu)

PROFIBUS DP是一種成熟的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，不需要對(duì)其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可以通信。其在工業(yè)應(yīng)用有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）安裝容易，模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，節(jié)省空間，即插即用。

（2）接線簡(jiǎn)單可靠，抗振動(dòng)，免維護(hù)。

（3）功能齊全；能適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式及串行口通訊；包含有適用于各類(lèi)信號(hào)的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊，繼電器模塊，計(jì)數(shù)器模塊，電源模塊，第三方接口模塊等。

（4）防護(hù)等級(jí)高，可達(dá)IP65防護(hù)等級(jí)，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

鑒于以上PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊優(yōu)點(diǎn)，所以本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用SST Profibus模塊作為以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接。它在邏輯上被組態(tài)為一個(gè)主站，周期性地查詢(xún)作為從站的西門(mén)子設(shè)備和第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)，或者將相應(yīng)所需數(shù)據(jù)傳送到這個(gè)從站，同時(shí)從站的數(shù)據(jù)也可以反饋給主站，從而達(dá)到各不同設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通訊目的。

圖2 SST-PFB邏輯控制框圖

此方案包含了一個(gè)從ControlLogix CPU到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)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(yīng)商(SST Woodhead)提供的插入模塊，安裝在AB ControlLogix CPU機(jī)架中。該模塊自身作為一個(gè)I/O模塊連接到ControlLogix CPU；在PROFIBUS一側(cè)，該模塊作為一個(gè)主站工作，輪詢(xún)各個(gè)從站。在這種情況下，設(shè)備之間所進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交換，具體如圖2所示。

本項(xiàng)目中西門(mén)子變頻器作為一個(gè)智能從站，與SST PROFIBUS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)在過(guò)程映像之間相互傳送。本項(xiàng)目這種解決方案的優(yōu)勢(shì)在于它的簡(jiǎn)單性和耐用性，并且對(duì)將ControlLogix CPU連接到它的I/O設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有任何限制要求。

本項(xiàng)目連續(xù)卸船機(jī)SST PROFIBUS設(shè)備通訊設(shè)計(jì)圖如圖3所示：

圖3 SST PROFIBUS設(shè)備通訊設(shè)計(jì)圖

4 現(xiàn)場(chǎng)SST PROFIBUS通訊設(shè)備組態(tài)調(diào)試

在SST PROFIBUS通訊設(shè)備模塊調(diào)試前需要做好前期準(zhǔn)備工作，因?yàn)榍捌跍?zhǔn)備工作不充分，會(huì)導(dǎo)致PROFIBUS通訊故障的發(fā)生。整個(gè)PROFIBUS回路連接設(shè)備達(dá)十幾個(gè)，如果其中某一個(gè)設(shè)備通訊有問(wèn)題，會(huì)影響其它設(shè)備的正常工作。而PROFIBUS通訊故障主要原因有接線松動(dòng)，通訊接頭損壞，通訊組態(tài)文件損壞，就地設(shè)備損壞，以及電磁干擾問(wèn)題等。所以調(diào)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(tǒng)是否安全連接，終端電阻是否連接好等問(wèn)題。

準(zhǔn)備工作充分后，開(kāi)始SST PROFIBUS通訊設(shè)備組態(tài)調(diào)試，其步驟如下：

首先對(duì)處理器上電，并將開(kāi)關(guān)置于REM PROG位置，SST模塊上的COMM和SYS燈會(huì)交替閃爍，說(shuō)明SST模塊在組態(tài)模式；

（1）進(jìn)行SST PROFIBUS軟件的安裝，打開(kāi)SST PROFIBUS軟件。

（2）進(jìn)行SST PROFIBUS Configuration的配置。進(jìn)行主站Master配置，主站地址和模塊撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定地址一致，系統(tǒng)設(shè)置為 PROFIBUS 主站，地址 0（如圖4所示）。

（3）從站 GSD 文件導(dǎo)入，添加從站Slave，地址和模塊撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定地址一致，打開(kāi)屬性，設(shè)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(shè)置圖

(4)配置完成后進(jìn)行SST-PFB程序的下載。

(5)在線和診斷，將處理器設(shè)置為RUN模式，判斷PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是否暢通變綠。

如圖6所示，本項(xiàng)目PROFIBUS 通訊ALL OK，可以進(jìn)行主PLC和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊了，調(diào)試完成后連續(xù)運(yùn)行正常。

圖6 SST PROFIBUS通訊allok圖

5 連續(xù)卸船機(jī)SST PROFIBUS模塊通訊故障處理方法

由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)處于雷暴地區(qū)，根據(jù)國(guó)家規(guī)范GB50057《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和JGJ46-2005《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》，高度大于15米以上的設(shè)備或者臨時(shí)起重機(jī)施工設(shè)施由于雷擊的可能性比較大必須采用避雷針，并將相關(guān)起重機(jī)下部機(jī)械結(jié)構(gòu)連接到接地裝置上。

在雷暴季節(jié)，需要酌情關(guān)停連續(xù)卸船機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)需要連續(xù)卸船機(jī)電氣系統(tǒng)采用安全可靠的防雷與接地措施，否則會(huì)導(dǎo)致PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)損壞或通訊異常。

雷暴過(guò)后的連續(xù)卸船機(jī)需要及時(shí)點(diǎn)檢檢查各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，更換損壞設(shè)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(diào)試終端電阻設(shè)置錯(cuò)誤；

（4）更換DP頭后接線不牢；

（5）硬件配置和從站號(hào)設(shè)置問(wèn)題；

（6）波特率設(shè)置問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備情況表明，以上對(duì)應(yīng)問(wèn)題都可以一一解決。

而對(duì)于連續(xù)卸船機(jī)SST PROFIBUS模塊的EMC安全要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況需要注意如下幾點(diǎn)：

（1）因?yàn)槭┕ぴ?，通訊電纜與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電纜同時(shí)敷設(shè)在一個(gè)蓋板上，未有獨(dú)立的屏蔽蓋板層。電廠后續(xù)連續(xù)卸船機(jī)電氣大修改造時(shí)布線應(yīng)該盡量繞開(kāi)有高頻干擾的設(shè)備（變頻器等），且不要和強(qiáng)電電纜一起敷設(shè)，即DP通訊電纜需要單獨(dú)采用敷設(shè)。

（2）DP通訊接地不能與強(qiáng)電設(shè)備共地，避免地線帶感應(yīng)電的干擾。

（3）卸船機(jī)DP通訊都是DP電纜敷設(shè)，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(shè)備的連接應(yīng)采取防松和防銹措施。

6 小結(jié)和發(fā)展前景

SST PROFIBUS通訊模塊在連續(xù)卸船機(jī)上的通訊解決方案采用嚴(yán)格的設(shè)計(jì)以達(dá)到最高的信號(hào)和功率完整性水平，并在復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議方面發(fā)揮著重要作用。PROFIBUS是標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，可讓包括傳感器、變頻器和PLC在內(nèi)的所有自動(dòng)化裝置通過(guò)單一總線相互通信。隨著工業(yè)4.0的推廣和PROFINET產(chǎn)品的發(fā)展，未來(lái)SST以太網(wǎng)通信模塊和掃描器高效集成PROFINET，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、控制和網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控，用于工廠自動(dòng)化、過(guò)程控制和復(fù)雜機(jī)器應(yīng)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

TN914

許益民（1976-）, 男 ，江西吉水人，主任設(shè)計(jì)師，碩士，主要研究方向?yàn)楣I(yè)電氣自動(dòng)化和控制工程。