基於現場總線的散貨碼頭變頻控制系統

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基於現場總線的散貨碼頭變頻控制系統防城港20~22#泊位為散貨專業碼頭，輸送物料主要為煤炭兼鐵礦。防城港20~22#泊位主要工藝設備有皮帶輸送機、輸送輔助設備、卸船機、裝船機、斗輪堆取料機、裝車樓等。為響應國家節能減排號召，三個泊位皮帶輸送機機均為變頻驅動。

目錄

案例背景介紹

1 引言

防城港20~22#泊位為散貨專業碼頭，輸送物料主要為煤炭兼鐵礦。防城港20~22#泊位主要工藝設備有皮帶輸送機、輸送輔助設備、卸船機、裝船機、斗輪堆取料機、裝車樓等。為響應國家節能減排號召，三個泊位皮帶輸送機機均為變頻驅動。

案例實施與應用情況

2 系統結構

對於系統結構設計，根據本工程工藝系統的特點及ControlNet總線的優勢，按照國際自動化技術和現場總線控制系統的發展趨勢，本着系統結構簡單實用、技術先進、系統擴展方便、操作安全可靠、易於管理和維護等原則，設計成一個由計算機、PLC、變頻器、現場總線、工業以太網等組成的多級、開放式集散型數據採集和監控管理系統。

防城港20~22#泊位中央控制系統控制網絡採用三層網絡結構。最上層為管理信息層，採用IEEE802.3標準協議，傳輸層基於TCP/IP以太網協議，主要連接工程師站、操作員站以及監控服務器，來實現與PLC的通信和數據交換、對生產過程進行監控，同時可用於企業信息網。本系統網絡結構圖如圖1所示。圖1 系統網絡結構圖

控制層採用工業以太網和ControlNet現場總線兩種方式。工業以太網負責PLC與5台斗輪機、4台卸船機、2台裝船機、裝車樓以及污水站的通訊，用來實現信號聯鎖、數據交換、信息共享等。ControlNet現場總線用來實現PLC與遠程I/O模塊、變頻器、皮帶秤等設備的通訊。對於距離較短的遠程站，主站與遠程站之間採用同軸電纜作為通訊介質；為了保證通訊的可靠性，對於距離較長的遠程站，主站與遠程站採用光纖作為通訊介質，通過光纖中繼器和光端機來完成光電信號的轉換，以實現主從通訊。遠程站內PLC與變頻器，以及各個變頻器之間採用同軸電纜連接起來。ControlNet現場總線網絡結構如圖2所示。

3　系統軟、硬件設計

3.1　PLC系統

本工程選用Rockwell公司的ControlLogix L72系列PLC實現中控系統控制功能。系統中PLC主站1套（包括本地站）和I/O站6套。PLC本地站設在22A變電站電氣室內，主機為雙CPU熱備冗餘。其餘6個電氣室內各設有遠程I/O站。通過主從通訊採集設備狀態，控制設備啟停，實現工藝流程高效運轉，實現物料快捷準確輸送。

3.2　變頻系統

本系統變頻器用來驅動皮帶輸送機，變頻器選用ABB公司ACS800系列。ACS800變頻器選配RCNA-01 ControlNet適配器配件，通過該適配器實現PLC與ACS800變頻器之間的ControlNet通訊。變頻器、適配器和PLC通過RsnetWorks forControlNet配置軟件組態後才能建立ControlNet通訊。

變頻器有兩種控制方式：本地控制和遠程控制。通過變頻櫃前面板的轉換開關來選擇控制方式。「本地」控制方式時，通過變頻櫃面板的啟/停按鈕來啟動或停止皮帶機，此方式只滿足本機基本的保護需求（如拉線保護），無法與上下游設備建立聯鎖關係。遠程控制方式為主要控制方式。遠程控制方式下，PLC通過與變頻器的通訊來控制變頻器的啟/停以及讀取變頻器的狀態信息和數據信息。

變頻器硬件控制迴路包括DI和DO兩部分。DI包括啟/停信號、故障復位信號以及宏切換。啟/停信號用來啟動、停止變頻器。故障復位信號用於當變頻器發生可復位的故障時，對故障進行復位。宏切換用來切換變頻器的控制地，選擇變頻器由本地操作或遠程操作。DO用來向PLC輸出變頻器運行信號、故障信號。