神華黃驊港務(wù)公司　李文釗　韓俊月

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翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

神華黃驊港務(wù)公司李文釗韓俊月

摘要：根據(jù)翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，研究了該系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)，介紹ControlLogix集成ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備多元化控制方法。

關(guān)鍵詞：翻車機(jī)系統(tǒng)； ControlLogix； ProfiBus-DP； 變頻器

1前言

翻車機(jī)是一種大型高效的機(jī)械化卸車設(shè)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(yīng)用于火力發(fā)電廠、冶 金、港口等大型企業(yè)中[1]。黃驊港二期擴(kuò)容工程建有2臺(tái)C型轉(zhuǎn)子式翻車機(jī)卸車系統(tǒng)，由翻車機(jī)、定位車、推車機(jī)、漏斗給料系統(tǒng)以及灑水和通風(fēng)等輔助系統(tǒng)構(gòu)成，目前主要進(jìn)行C80A/C80B不解列車型的作業(yè)。

翻車機(jī)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制等功能通過(guò)電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)，翻車機(jī)的自動(dòng)化也是其電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化。翻車機(jī)電氣系統(tǒng)有電氣室控制柜、控制臺(tái)以及現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)和就地操作箱等設(shè)備，其自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)采用ControlLogix控制系統(tǒng)。

2翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)配置

2.1翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)硬件組成

ControlLogix控制系統(tǒng)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(jié)合在一起，提供順序控制、過(guò)程控制與傳動(dòng)及運(yùn)動(dòng)控制的統(tǒng)一控制平臺(tái)，具有模塊化、帶電插拔、高速傳送和分布式的優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)是模塊化的，所以能更有效地設(shè)計(jì)、建立和更改系統(tǒng)，從而極大地節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用和工程實(shí)施費(fèi)用。

圖1　翻車機(jī)ControlLogix系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

以黃驊港二期擴(kuò)容工程所建翻車機(jī)為例，系統(tǒng)主站在電氣室的PLC柜內(nèi)， 配置1個(gè)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(wǎng)模塊，2槽為1756-CNB/D控制網(wǎng)模塊，3槽為SST-PFB-CLX通訊模塊，4槽為1756-DNB設(shè)備網(wǎng)模塊，6槽為1756-ENBT/A以太網(wǎng)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(jī)監(jiān)控采用RSview32軟件開發(fā)，觸摸屏為PanelView Plus 1000。

2.2翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

翻車機(jī)自動(dòng)化控制通常由多個(gè)控制系統(tǒng)分別對(duì)各自的控制對(duì)象進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、控制系統(tǒng)之間的信息傳送和控制系統(tǒng)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的融合[2]。翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為設(shè)備層DeviceNet、控制層ControlNet及信息層EtherNet/IP。設(shè)備層面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將PLC與傳感器和變頻器等設(shè)備相連。控制層傳輸大量復(fù)雜的I/O和對(duì)等通信信息。信息層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和管理。三層網(wǎng)絡(luò)均通過(guò)RSNetWorx系列軟件完成組態(tài)。此外，翻車機(jī)、定位車和推車機(jī)的變頻器通訊采用ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)，提高了系統(tǒng)可靠性。

DeviceNet設(shè)備網(wǎng)主要是定位車、推車機(jī)和翻車機(jī)的絕對(duì)值編碼器與PLC的通訊，向系統(tǒng)反饋設(shè)備的位置信息。ControlNet控制網(wǎng)由主機(jī)架、各I/O模塊、觸摸屏通過(guò)ACN15掛網(wǎng)模式組成控制網(wǎng)，上位機(jī)RSView32通過(guò)1784-PCICS/B插卡接入控制網(wǎng)；2號(hào)槽專門設(shè)置1個(gè)控制網(wǎng)模塊負(fù)責(zé)與CCR(中控系統(tǒng))的通訊。以太網(wǎng)的建立通過(guò)翻車機(jī)PLC主站設(shè)有1個(gè)1756-ENBT以太網(wǎng)接口模塊，各個(gè)翻車機(jī)間通過(guò)以太網(wǎng)模塊經(jīng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并進(jìn)一步向生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供生產(chǎn)數(shù)。圖1為翻車機(jī)PLC系統(tǒng)配置示意圖。

該翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)具有很多特點(diǎn)：ControlLogix背板、 I/O模塊、上位機(jī)和觸摸屏均通過(guò)一根總線相連，便于充分發(fā)揮ControlNet自身的預(yù)報(bào)警/診斷功能，易于排查故障，保障系統(tǒng)可靠安全；變頻器通過(guò)ProfiBus-DP總線單獨(dú)與PLC通訊，有效保證了變頻器大量數(shù)據(jù)通信的安全性，減輕了其他網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，同時(shí)能夠在上位機(jī)上修改變頻器相關(guān)參數(shù)，給技術(shù)人員的維護(hù)提供了便利；ControlLogix系統(tǒng)的自身特點(diǎn)使得翻車機(jī)系統(tǒng)的升級(jí)、擴(kuò)展更為方便。

3程序設(shè)計(jì)及上位機(jī)實(shí)現(xiàn)

3.1ControlLogix程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)采用windows xp下RSLogix5000軟件，它集PLC的系統(tǒng)配置、PLC程序的編輯、校驗(yàn)和下載于一身，采用梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言、語(yǔ)句表等多種編程語(yǔ)言，功能豐富，直觀易學(xué)。在編寫程序前，需要根據(jù)系統(tǒng)硬件進(jìn)行控制器型號(hào)、通訊模塊和I/O擴(kuò)展模塊設(shè)置。根據(jù)翻車機(jī)卸車工藝流程，翻車機(jī)控制系統(tǒng)主要包括定位車/推車機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、鐵路信號(hào)控制和漏斗自動(dòng)給料等部分。

3.2ControlLogix上位機(jī)實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)是操作人員和ControlLogix系統(tǒng)的人機(jī)接口，能將PLC提供的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息在屏幕上顯示，如現(xiàn)場(chǎng)翻車機(jī)、定位車和推車機(jī)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，振動(dòng)給料機(jī)給料情況及給料曲線圖數(shù)據(jù)分析、灑水噴淋、干式除塵和設(shè)備故障點(diǎn)等。觸摸屏是操作員向PLC和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)布命令的系統(tǒng)。觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制和監(jiān)控，同時(shí)設(shè)有對(duì)每一個(gè)設(shè)備的單獨(dú)操作界面，應(yīng)用于設(shè)備維修、故障處理、設(shè)備調(diào)試等非自動(dòng)循環(huán)下的獨(dú)立操作。

黃驊港二期擴(kuò)容翻車機(jī)ControlLogix控制系統(tǒng)的程序用Rslogix5000編寫，上位機(jī)軟件采用AB公司RSview32；觸摸屏采用PanelBuilder32軟件設(shè)計(jì)。人機(jī)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(guò)RSLinx系列軟件。它是用于AB PLC的服務(wù)器軟件，具有OPC(DDE)功能，可以為應(yīng)用OPC協(xié)議的軟件提供網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)RSLinx在控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

不同的PC機(jī)與ControlLogix系統(tǒng)的連接方式不同，RSlinx的組態(tài)方式也不盡相同。該上位機(jī)RSView32通過(guò)控制網(wǎng)接入PLC，需要對(duì)ControlNet Device進(jìn)行設(shè)置才能編輯和運(yùn)行。在PC上打開RSLinx，選擇“Communication”菜單中的“Configure Drive”一項(xiàng)后顯示一個(gè)對(duì)話框，在“Available Driver Types”的列表中選定“1784-PCIC(S) for ControlNet Devices”，點(diǎn)“Add New”按鈕，然后在對(duì)話框中設(shè)置相關(guān)硬件參數(shù)后就可生產(chǎn)ControlNet驅(qū)動(dòng)接口[2]。

4基于ProfiBus-DP的變頻器控制

在ControlLogix控制系統(tǒng)中，除設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)和以太網(wǎng)之外，還有一種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。ProfiBus-DP是一種高速低成本通信總線，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信，使用ProfiBus-DP模塊可以取代價(jià)格昂貴的24 V或0～20 mA并行信號(hào)線[3]，特別適用于PLC與變頻器間的通訊。ProfiBus-DP組態(tài)工具可根據(jù)廠商提供的GSD文件將其設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。在ProfiBus-DP通訊中，由主機(jī)站——通常是一個(gè)可編程的邏輯控制器(PLC)——選擇響應(yīng)主機(jī)指令的節(jié)點(diǎn)。主機(jī)也可以用廣播的形式給多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令。在這種情況下，節(jié)點(diǎn)不需要給主機(jī)發(fā)送反饋信號(hào)。在 ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)上，節(jié)點(diǎn)之間不能進(jìn)行通訊。

翻車機(jī)ControlLogix系統(tǒng)組態(tài)SST-PFB-CLX模塊作為DP主站，翻車機(jī)和定位車各有2臺(tái)、推車機(jī)1臺(tái)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(tái)霍伯納增量編碼器接入相應(yīng)變頻器之中，反饋電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，該系統(tǒng)還將定位車和推車機(jī)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(tài)軟件(SST ProfiBus Configuration Tool)對(duì)硬件的組態(tài)。

定位車/推車機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置中有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，為了保證電機(jī)同步控制的精確性，采用變頻器配置編碼器的閉環(huán)控制。以定位車為例，8臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸出軸之間沒(méi)有任何硬性連接，均在齒條的一側(cè)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。將8臺(tái)電動(dòng)機(jī)分為2組，由2臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)為Master Drive，另一臺(tái)為Slave Drive，各組中選取1臺(tái)設(shè)置增量編碼器，向變頻器反饋電機(jī)的速度值，見(jiàn)圖2。主變頻器接收PLC發(fā)出的給定速度，同時(shí)把自身運(yùn)行速度值、位置值等參數(shù)通過(guò)屏蔽控制電纜發(fā)給從變頻器，最終實(shí)現(xiàn)8臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步控制。利用RSLogix5000在程序中設(shè)計(jì)相應(yīng)程序，控制編碼器實(shí)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(shí)發(fā)出故障報(bào)警。

5結(jié)語(yǔ)

翻車機(jī)卸車系統(tǒng)設(shè)備繁多、工藝復(fù)雜， 通過(guò)采用 ControlLogix PLC 控制系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品和技術(shù)，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。翻車機(jī)電氣設(shè)備及其控制系統(tǒng)長(zhǎng)期處于濕氣較大、煤塵大的惡劣環(huán)境下，ControlLogix以其較高的安全性及可靠性，保障了翻車機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖2　基因ProfiBus-DP的變頻器控制示意圖

參 考 文 獻(xiàn)

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

[2]朱春花．ControlNet 總線及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在冷戰(zhàn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]．重慶：重慶大學(xué)，2005．

[3]鄭小倩，黃明琪．基于ProfiBus-DP通信研究與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)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(qū)