Dupline現場總線在選煤廠膠帶輸送機保護中的應用

王月強

(神華準格爾能源有限責任公司 選煤廠，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

隨著科學技術的發展，選煤廠自動化水平越來越高。原煤膠帶輸送機是選煤廠物料輸送的重要設備，其運輸距離遠、設備分散、數量大，每臺膠帶輸送機均配置多種保護裝置(打滑保護、跑偏保護、溜槽堵料保護、拉繩緊急停止保護、防撕裂保護等)，相應保護裝置的準確性、靈活性、經濟性及自動化水平直接影響著選煤廠的日常生產效率。Dupline現場總線有利于提高設備維護效率、節約人工和生產成本，同時又能與集中控制系統有效結合，有利于調試維護[1-3]。

1 Dupline現場總線

Dupline是用于現場儀表與控制主機系統之間的一種開放的、全數字化的、雙向、多站的通信系統。Dupline是一種現場及安裝總線，能通過普通的雙絞線傳輸數字和模擬信號達數公里之遠。

1.1 Dupline現場總線在膠帶保護裝置中的應用優勢

(1)所有保護裝置通過同一根雙芯電纜傳輸信號和電源，大量減少現場電纜用量。

(2)傳輸距離長達10 km(超過1.2 km需加線尾器)。

(3)無特殊電纜要求，有較強的抗干擾能力。

(4)與PLC的接口簡單、方便、靈活。

(5)構建的網絡可以是線型、環型、星型或其中幾種的組合(見圖1)，這種拓撲結構便于擴展，為以后所構建網絡的改變、拓展提供了方便和靈活度[4-6]。

圖1 網絡構建型式

1.2 Dupline現場總線的信號傳輸原理

Dupline信號傳輸基于時分復用原理，Dupline運行載波頻率低至1 kHz，傳輸距離遠，抗干擾性強及穩定性高。高達128個獨立的數字信號能在Dupline總線上實時傳輸。控制器產生的方波信號包括：8 ms同步時期+128個長度為1 ms的脈沖=136 ms脈沖串不斷重復(圖2)。

圖2 控制器產生的方波信號

1.3 Dupline現場總線的應用特點

Dupline現場總線是以單個分散的、數字式、多點通信、智能化的測量和控制設備作為網絡節點，并通過總線相連接，實現交換信息，與計算機系統共同完成控制功能[7-8]。其主要應用特點為：

(1)用戶在集控中心擁有集中控制權。現場總線一般用作PLC控制系統的遠程I/O，為了使控制層連接更加容易，且成本低、效率高，總線系統自身的串行接口模塊可以方便地與PLC連接。

(2)節約單位成本費用，節省設備安裝費用。一個PLC串口模塊通過Modbus總線可以連接16個Dupline接口模塊，1個Dupline接口模塊可以接入128個輸入、輸出點。一個PLC串口模塊連接的外部輸入、輸出點可以多達2 048(16×128)點，遠遠多于常規的PLC 32點輸入、輸出模塊(見圖3)，因而，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大幅度減少。

圖3 PLC串口模塊

(3)降低日常維護費用。Dupline現場總線設備能將現場保護裝置故障信號精準的通過總線傳輸到PLC，進而將故障信號傳輸到集中控制中心，集控操作人可以實時、精確的監測到現場保護裝置的狀態以及故障點，并能將故障情況進行記錄，方便故障的查詢、跟蹤。

2 Dupline現場總線在原煤膠帶輸送機保護裝置上的應用

2.1 選煤廠原煤膠帶輸送機特點

選煤廠原煤膠帶輸送機具有數量大、運輸距離長、設備分散的特點，且原煤膠帶輸送機保護裝置是每條膠帶輸送機所必須配置的。由于原煤膠帶輸送機的這些特點，導致原煤膠帶保護裝置日常維護量大、故障查找困難、檢查用時長，大大增加了人工成本、生產成本。

隨著選煤廠對生產效率和綜合自動化水平要求的提高，對長距離運輸的原煤膠帶輸送機運行維護中的效率、自動化、安全可靠等方面的要求更進一步提高，所以，對原煤膠帶輸送機的運行情況、狀態監測，實現膠帶輸送機保護裝置故障點精準報警、提高人工維護效率等方面就有了更高需求。

2.2 Dupline現場總線控制系統組成

原煤膠帶輸送機常用保護裝置主要有拉繩、跑偏、打滑、堵料、膠帶防撕裂開關。Dupline現場總線在膠帶輸送機保護裝置中內置數字輸入模塊，實現了地址編碼功能，使膠帶保護裝置發生故障時，能及時、準確的找到故障點，解決了人工找故障點所帶來的不方便。

運用Dupline現場總線完成保護測點的數據采集過程：以一條1 km的膠帶輸送機為例，保護配置如圖4所示。按照一般不超過50 m設置一個拉繩開關，機頭機尾各設置一個跑偏開關，機尾設置一個防撕裂開關，打滑和堵料開關各設置一個。因此這條長度1 km的膠帶輸送機需設置大約30多個保護開關。

PP：跑偏開關；LS：拉繩開關；DL：堵料開關；DH：打滑開關；FSL：防撕裂開關圖4 Dupline現場總線布置示意

如果采用常規并行布線，電纜用量大，布線難度大，設備使用成本高。如果使用PLC的數字量輸入模塊(DI模塊)，那么這條膠帶輸送機的30多個保護裝置就需要占據PLC數字量輸入模塊大量的輸入點。選煤廠原煤輸送膠帶輸送機數量大，每臺膠帶輸送機均配置有拉繩、跑偏、打滑、堵料等保護裝置，若按傳統控制方式，一個信號需要一芯控制電纜及一個輸入點，每臺膠帶輸送機需要大量的控制電纜，將會大量使用PLC的數字量輸入模塊(DI模塊)，會占用更多PLC槽位。

如果選用Dupline現場總線方式，可達到簡便、靈活、高效和低成本的目的。只需沿膠帶鋪設一條Dupline總線，就可把全線的膠帶輸送機保護裝置信號通過保護裝置中內置的數字輸入模塊連接到這條Dupline總線上，全部傳輸到集控室。膠帶輸送機保護裝置內置的數字輸入模塊所編碼的地址可以準確找到每個保護裝置的故障點。現場總線采集、傳輸返回的數據包含：拉繩開關信號(20多個)、防撕裂開關信號(1個)、打滑開關信號(1個)、跑偏信號(2個)，這30多個信號均為開關量輸入信號。這條膠帶輸送機對應一條Dupline現場總線，如圖4所示。

膠帶輸送機的保護裝置均通過一根總線連接(一個Dupline接口模塊)，最多可帶128個輸入、輸出保護裝置信號(編碼地址)。膠帶輸送機現場保護裝置內置的I/O模塊供電均由總線直接提供，在沒有就地電源時體現出很大的優勢。

現場的每一條總線將現場保護裝置信號傳輸到總線接口模塊，若干個總線接口模塊再組合成Modbus總線，Modbus總線與PLC串口模塊想連接，最終將現場膠帶保護裝置故障信號、控制信號等傳輸到集中控制中心，實現精準的監測、控制、維護等。

2.3 Dupline現場總線的應用注意事項

(1)膠帶輸送機保護裝置的開關(傳感器)距離輸入模塊(I/O模塊)的長度一定要小于資料給定值。如果距離太長，則可能造成信號傳輸不穩或信號無法傳輸。

(2)通信線纜要求。當線纜長度超過1.2 km時，要在末端加DT01線尾器，用以消除由發射信號造成的失真。

(3)直流供電網關要由單獨一個電源供電。為保障總線高度抗噪及為總線穩定供電，建議每個網關單獨使用一個供電電源。由于Dupline采用的是直流載波技術，由一個電源供電給多個網關模塊可能會引起串擾。為避免總線工作異常，通常情況下建議每一個Dupline網絡單獨配一個供電電源。

(4)如果接入長距離的信號，建議在網關處并上一個電容。

3 結 論

Dupline現場總線裝置靈活簡單、成本低、維護方便，在選煤廠原煤膠帶輸送機保護裝置上應用后，能及時、準確的找到故障點，解決了人工找故障點所帶來的不方便。選煤廠原煤膠帶保護裝置Dupline現場總線自使用以來，實現了膠帶輸送機保護裝置故障點精準報警，提高了人工維護效率、選煤廠生產效率和工作效率，達到了膠帶輸送機安全可靠、有效運行的目的。