李显军，段仁君2，袁应文3

（1.贵州开磷股份机电设备安装公司， 贵州开阳县 550302；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；3.长沙华飞自动化设备有限公司， 湖南长沙 410001）

现场总线在皮带散料输送控制系统中的应用

李显军1，段仁君2，袁应文3

（1.贵州开磷股份机电设备安装公司， 贵州开阳县 550302；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；3.长沙华飞自动化设备有限公司， 湖南长沙 410001）

摘 要：介绍了将皮带散料输送系统的现场总线控制方案，并与皮带散料输送PLC控制系统进行了比较。实践表明，现场总线控制系统在皮带散料输送中的应用具有明显的优势。

关键词：散料输送；现场总线；皮带输送机；控制系统

0 前 言

目前国内皮带散料输送控制主要采用PLC、DCS控制系统，一定程度上满足了散料输送自动化监控管理的要求。由于散料输送现场的特殊环境及生产工艺情况，现有控制系统日益暴露出控制方式相对落后、不利于管理维护的缺点，满足不了对散料输送进行更全面、更有效监控管理的要求。随着计算机、通讯、控制技术的发展，将现场总线技术应用于散料输送控制系统中，可以很好弥补现有PLC、DCS控制系统的不足，是散料输送控制系统发展的一个趋势。

1 开磷散料输送系统现状

贵州开磷集团是我国三大磷矿石生产基地之一，集团磷矿开采及充填等生产过程中的散料输送主要采用皮带输送机，输送现场运输距离较长，且很多运行于地下坑道，环境恶劣。

目前，开磷的散料输送控制主要采用PLC控制系统，PLC控制主站为AB公司的ControlLogix系列产品，控制主站位于主控室。同时在井下皮带输送机控制室/转运站设若干从站，从站主要采用SLC500产品。主站和从站之间采用光纤进行通讯。PLC与传感器、执行机构、仪表、控制器之间的连接采用硬接线方式。

由于每条皮带机距离比较长，皮带输送机的拉绳、跑偏等传感器主要采用串接方式，即每种传感器各共用一个信号分别给电气和PLC。当PLC收到拉绳、跑偏等传感器信号时，在主控室进行告警，并对相应的皮带输送机进行停机。由于坑道环境比较恶劣，现场传感器容易锈蚀、老化，当某个拉绳、跑偏等传感器出现故障或由于其他原因引起误操作时，PLC同样会进行告警，并对皮带机进行停机。由于采用共用信号，不能对传感器进行定位监控，不能对传感器的正常信号、异常信号及故障传感器的位置进行有效判断。由于不方便及时判断并排除故障，给皮带机的运营维护带来了很大的麻烦。因此，有时为了满足生产的需要，对出现故障的皮带机只能人为解除联锁控制，打到手动状态运行，给生产带来了很大的安全隐患。

如果采用硬接线方式将每个传感器的信号接入PLC系统，由于每条皮带机距离较长，考虑到线缆数量、铺设、接线及维护等因素，大大增加了PLC控制系统的成本，延长了施工的工期，在实际实施过程中遇到了很大的困难。

考虑到以往PLC控制方案的不足，在开磷集团马路坪570矿新建过程中，通过采用现场总线控制方案，很好解决了生产过程中遇到的问题，满足了生产的需要。

2 现场总线控制方案

开磷马路坪570矿现场设备共包括3条皮带输送机，每条约500m长，另外还包括一个皮带机底部水仓水泵，均位于井下坑道内。每条皮带输送机配置有皮带保护装置（跑偏、拉伸、打滑、撕裂、堵塞等传感器）、除铁器、放矿机等设备。

整个570矿的散料输送采用现场总线控制方案。控制原理如图1所示：

控制主站PLC采用ContorlLogix5000控制器，同时为其他采矿子系统共用，已投产运行。570矿现场总线控制子系统通过工业以太网（光纤介质）接入已有的控制主站PLC。

在570矿现场总线控制子系统中，现场总线设备主要包括智能接入单元和智能集控单元。

智能接入单元位于皮带机现场，安装在传感器或设备旁适当位置。每台设备（例如除铁器）或每组传感器（例如就近1对拉绳、1对跑偏传感器）配置一个智能接入单元，设备或传感器的信号直接接入智能接入单元。

所有的现场设备，以每条皮带输送机为单位分组；皮带机底部水仓水泵单独为一组。每组配置一个智能集控单元。570矿现场总线子系统取消了以前PLC模式中的SLC500从站，从站采用智能集控单元。

智能接入单元间通过PROFIBUS-DP现场总线进行连接，并通过PROFIBUS-DP接入智能集控单元。智能集控单元间采用工业以太网等协议进行通讯，并通过工业以太网（光纤介质）接入控制主站。

图1　570矿散料输送的现场总线控制方案

3 现场总线控制系统的功能

现场总线设备的防护等级为IP67，能充分满足现场环境的要求。570矿现场总线控制系统投运后，运行稳定，同时实现了现场传感器的定位监控，有效弥补了原PLC控制系统的不足，很好提升了系统的管理水平，大大减少了日常维护的工作量，主要功能包括：

（1）在PLC控制主站实现了对每个拉绳、跑偏、打滑、撕裂、堵塞等传感器的集中定位监控，在主站计算机上可监视每个传感器的运行及故障状态；

（2）根据现场要求，对现场传感器参数可在主控室计算机界面上进行远程设置；

（3）智能集控单元具有可编程控制功能，实现了就地自动控制，可在PLC主站设置远程或就地控制的参数或策略，灵活实现堵塞/振打装置、除铁器、放矿机等设备的远程或就地控制，同时在主控室计算机上监视堵塞/振打装置等的运行状态；

（4）水仓水泵作为相对独立的控制系统，实现了就地闭环控制，并通过工业现场总线接入PLC主站，在主站计算机上监视水仓水泵的运行状态；

（5）系统扩展、完善方便，在现场运行过程中，在基本上不增加电缆及设备的情况下，实现了将皮带机的电机电流、温度等参数的纳入整个监控系统。

与原PLC控制方案相比，在570矿中采用现场总线控制方案，整个系统大大减少了电缆及电缆铺设施工等工程量，有效降低了系统成本，系统成本不到原PLC方案的50%，简化了系统结构，缩短了工程的工期。

4 结 论

570新建矿采用现场总线控制系统，实现了皮带输送机传感器的定位监控，与传统PLC方案信号采用硬接线接入控制室IO模块相比，大幅节省了系统线缆的投资，减少了工程施工量，系统投产试运营半年以来，整个系统运行稳定，有效解决了以前井下皮带机运行过程中皮带保护装置日常运行维护的难题，提升了了生产管理的水平，也为国内皮带机特别是长皮带机散料输送监控系统的建设提供了一个成功的范例。

参考文献：

［1]阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京：清华大学出版社，1999.

［2]徐 伟.基于现场总线的分布式控制系统的开发与研制［D］.青岛：山东科技大学，2003.

［3]李 烨.现场总线技术及其应用研究［D］.长沙：湖南大学，2002.

收稿日期：（2016-04-12）

作者简介：李显军（1984-），男，工程师，主要从事工业自动控制系统设计、应用，Email：276068500@qq.com。