现场总线系统在翻车机系统中的应用

[摘 要]现场总线系统由于其巨大的技术优势应用于翻车机系统中，以满足翻车机系统对稳定性、可靠性、易用性、扩展性等的要求。

[关键词]翻车机系统；现场总线；PLC；通讯协议

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0269-01

1.前言

翻车机卸车系统是以翻车机为主机，配以不同的辅机组成的一条机械化卸车作业线。适用于大型火力发电厂，港口，化工厂，水泥厂和冶金企业等。其生产效率及安全生产至关重要。将先进的现场总线技术应用到传统的翻车机卸料线的控制领域中来，系统具有开发周期短、稳定性高、可扩展性强等优点，能够在短期内应用到实际生产中去，为企业创造更大的经济效益。

2.翻车机系统

2.1 翻车机卸料系统通常分为四个部分

翻车机本体（简称翻车机）；重车调车机（简称重调机）；空车调车机（简称空调机）；迁车平台（简称迁车台）。

（1）翻车机是用来将重车调车机牵引入内的重车，通过夹紧和靠车等动作后再进行翻转卸料的设备，是将物料转移到料场或燃烧区的关键设备，是翻车机系统的重要组成部分。

（2）重调机用来牵引铁路敞车，并使整列重车在夹轮器处定位，也可使重车在翻车机内定位，空车机在迁车台内定位。

（3）空调机时折返式翻车机卸车线成套设备中的辅助设备之一，用来与迁车台配合作业，当迁车台运载翻卸过的敞车进入空车线后，空调机把敞车推出迁车台，并在空车线集结成列。

（4）迁车台是将重调机推送过来的空车由重车线移送到空车线上的设备。或将事故状态中未翻卸完的重车由重车线移送到空车线上。

（5）夹轮器的作用是将重调机牵引到位的待翻卸的重车不因外力（如坡度和风力等因素的影响）而移动的设备。

2.2 翻车机卸料生产线一般有两种布置方式

（1）折返式布置：作业设备包括翻车机、重调机、迁车台、空调机、重车线逆止器、空车线逆止器等；作业线包括重车线和空车线；可以完成重车的调入、物料的翻卸、空车的迁移和集结等全部功能。

（2）贯通式布置：作业设备只包括翻车机、重调机、重车线逆止器等；作业线只有重车线；只能实现重车的调入，物料的翻卸等部分功能，即贯通式只是折返式卸料生产线的一部分。

3.现场总线

现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它实现了生产过程领域的基本控制设备之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备之间的沟通联系。

3.1 分类及特点

（1）PROFIBUS

PROFIBUS是最快的总线，世界范围的标准。是由德国科技部在1987年按照ISO/OSI参照模型制订的现场总线的德国国家标准。进来成为欧洲标准EN50170，主要由PROFIBUS用户组织（PNO）进行管理。PROFIBUS由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS三种协议组成。PROFIBUS-DP是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通讯的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于1ms。

（2）DeviceNet

DeviceNet是一种通用型、低价位总线，可广泛连接自动化生产系统中的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。最初是由AB公司设计，现已发展成为一种开放式的现场总线的协议。DeviceNet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、中继器等产品进行宽距离通讯。相对于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更强大的通讯功能，支持除了主一从方式之外的多种通讯方式，灵活地应用于控制系统中。

（3）AS-i

AS-i代表着执行器、传感器借口，使用两线为设置与输入传送数据及电源。线圈输出等需使用附加的两芯电缆供电。AS-i区别于其他工业总线，使用扁平电缆通讯，将连接齿嵌入电缆。也可使用传统的IP67/、NEMA6 eurofast连接件。AS-i系统包括一个主站接口、供电电源及最多31个子站。整个系统长度不能超过100米，但可以自由分布，没有分支规则和终端。AS-i适合于不需昂贵总线的小型网络。当需要简单的主-从总线连接分散的信息和I/O装置，并且数据不是很重要时，AS-i是最经济的方案。

3.2 设计方案

翻车机系统在港口、火力发电厂、钢厂设备中是一个“咽喉要道”，其设备状态的稳定性直接影响到生产。在其电气系统的设计中应充分考虑到系统的可靠性、施工的简洁性、系统设备之间的兼容性以及设备合理的裕量等因素，结合现代自动控制原理、现代工业以太网技术和现代工业现场总线技术。

在翻车机系统中采用施耐德Quantum系列PLC为核心的现场总线控制系统，PLC与现场设备单元实现PROFIBUS现场总线控制系统，将现场设备单元分为智能设备单元和非智能设备单元，在现场设计中首先将智能设备（包括变频器，轨道衡，编码器）与PLC构成PROFIBUS-DP现场总线通讯协议。现场开关及按钮利用AS-i总线协议成组。

将翻车机控制系统组成分为四个部分来控制，分别为翻车机部分，重调机部分，迁车台部分，空调机部分。整个系统在PLC与各个控制部分之间采用PROFIBUS-DP协议进行通讯并完成系统控制。例如重调机控制部分由中心PLC与重调机部分的智能化设备（变频器、编码器）组成PROFIBUS-DP通讯协议，现场按钮及液压泵站控制开关均采用AS-i总线接入PLC，AS-i总线与PROFIBUS之间采用网关接入。

控制可分为PLC直接I/O控制、4～20mA电流控制和总线控制。动力装置的状态及控制均由PLC直接I/O控制实现，现场检测及执行部分由总线来实现。

在设计方案中充分考虑到系统监控及网络服务功能，应用Modbus plus通讯协议与上位机建立局域网络，上位机系统配置工控机作为人―机操作控制界面，实现对整个翻车机系统的实时监测和控制。上位机系统中采用IFIX组态软件作为系统监控动画开发软件。该软件具有功能强大、开发效率高等优点，利用设备驱动程序，该开发软件可以方便的从PLC中读出当前设备运行状态及流动机械设备的位置及其运行状态参数，利用这些参数可以方便组成动画。通过配置工业以太网通讯模块与公司控制系统光纤以太网连接，采用网络通用的TCP/IP通讯协议实现信息交换，在网络服务器上预装IFIX，使得翻车机系统的工作状态在网络内能动态显示。

3.3 优点

（1）彻底分散控制，提高系统的可靠性。可靠地数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力。系统性能大幅度提高的同时提升了控制系统的档次。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错及重复地址检测等方面均有严格规定，从而确保通讯快速可靠进行。

（2）提高智能化水平，实现真正的管控一体化。自动诊断、显示故障位置。由于现场总线控制系统的组成是基于数字通讯技术和智能化的现场设备，所以系统的智能化程度体现在每一个环节，从系统设计、安装、调试到日后的诊断维护，都会变得轻松自如。现场总线控制系统可以为上层网络提供各种来自现场的实时数据和各设备的状态信息，使得企业网中的中高层能直接获得这些数据，从而使管控一体化的以真正实现。

（3）大幅度节约系统成本。可使系统总体造价大幅度降低：体现在节省了大量的电缆，以及为之配套的桥架，支架；节省大量的信号转换装置及接线端子；降低安装成本；缩短日后维护时间。系统综合成本及安装费用减少40%。导线和连接附件由原来的几百根甚至几千根减少到一根，从而相应减少接线端子及电缆桥架等附件。设计、安装、调试及维护费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少60%。简化了繁琐的原理图及布线图；快速、简便安装标准接插件，减少人力、物力；强大的故障诊断能力简化了系统的调试和维护。

4.展望

现场总线控制系统把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备实现基本控制功能。代表了今后工业控制网络发展的方向，是当前自动控制领域中备受关注的技术之一。

参考文献

[1] 王永华，Verwer（英）.现场总线技术及应用教程.北京：机械工业出版社，2006.

[2] 王华，韩永志.可编程序控制器在运煤自动化中的应用.北京：中国电力出版社，2003.

[3] 景林，郭建刚.可编程序控制器网络技术及应用.北京：中国林业出版社，2000.