基于分布式I/O的管帶智能控制系統設計

摘要：簡要闡述了分布式I/O的基本原理，結合具體案例，分析了分布式I/O在管帶智能控制系統中的應用優勢。

關鍵詞：分布式I/O;PLC技術;管帶智能控制

0 引言

長距離管帶因綠色環保、布置靈活、經濟性優而廣泛應用于工、農、礦業散料及成品的輸送領域。管帶輸送系統距離長、設備分散，采用傳統的集中式PLC控制系統成本高，網絡架構復雜，已不能滿足生產需求。而分布式I/O具有可靠度高，易于編程組態，網絡布線方便等優勢，適用于長距離管帶行業，采用一根通信電纜代替多根控制電纜，節約電纜及電纜通道成本，且性價比遠高于類似原理的DCS控制系統。

1 分布式I/O基本原理

分布式I/O系統是指通過以太網、總線等通信模塊集成分布式I/O以及通過AS-i主站模塊或連接器連接I/O。I/O站作為每個I/O系統下連接的單獨子站，其中帶相應通信協議的儀表（如PN等）也可以連接到一個I/O系統，作為一個I/O站。

西門子PLC分布式I/O系統是指通過PROFINET、PROFIBUS或Modbus等通信模塊集成分布式I/O，以及通過AS-i主站模塊或連接器（例如IE/PB Link）連接I/O。I/O站就是每個I/O系統下連接的單獨的子站，如所有PN儀表可以連接到一個I/O系統，每一個儀表就是一個I/O站，可實現基于以太網、DP或RS485等通信對遠程不同類型的開關量、模擬量進行采集傳輸和控制。

長距離管帶可采用基于光纖的PROFIBUS DP通信的分布式I/O，遠程I/O從站通過DP通信協議實現與主站間的數據交換。編程人員通過CPU主站下載程序，可同時對遠程I/O從站進行組態、編程、調試及診斷。

2 案例分析與設計

2.1? ? 案例概況

某碼頭至電廠輸煤工程，共采用1條5.8 km管帶及2條小皮帶機進行運輸，控制系統由西門子400系列冗余PLC+ET200M分布式遠程I/O構成，網絡架構如圖1所示。

本工程主要控制設備包括管帶機尾部TH2轉運站：2臺變頻電機（與PLC采用DP通信）、照明配電箱、轉運站軸流風機、速度檢測等皮帶保護裝置、管帶機沿線拉繩開關（采用DP地址編碼）;頭部TH4轉運站：干式變/高/低壓配電柜、4臺變頻電機（與PLC采用DP通信）、減速機、布袋除塵器、空壓機等;TH0轉運站：2條皮帶機相關控制設備，如變頻電機、皮帶保護裝置等。整個工程控制設備繁多，若采用傳統PLC控制，控制電纜、電纜通道成本將大幅增加，且網絡架構復雜，系統集中控制難度加大，穩定性降低。故采用西門子400系列PLC+ET200M分布式遠程I/O+WinCC上位機構成完整的智能控制系統。

根據網絡架構進行系統硬件設計、PLC編程及上位機組態工作。

2.2? ? 系統設計

上位機布置于碼頭TH2轉運站附近，故TH2轉運站作為PLC主站，以減少上位機與CPU直接通信距離;TH4轉運站設置遠程I/O柜1，由于I/O點數較多，柜內共2個機架。TH2主站至TH4遠程I/O柜1距離約5.8 km，采用鎧裝單模光纖通信;TH0轉運站設置遠程I/O柜2，至TH4轉運站距離僅280 m，故采用DP通信電纜連接。

為提高系統安全性，本項目采用西門子400系列，CPU、通信冗余配置;根據各轉運站I/O點數PLC模塊清單如表1所示。

2.3? ? 系統智能化

控制系統采用STEP7軟件編程，通過梯形圖語言集中對PLC系統主從站進行編程、下載、調試，可在線診斷系統問題。

PLC通過以太網模塊與上位機通信，采用西門子WinCC組態軟件，根據工程實際添加畫面及運行參數，設置以太網IP等實現與PLC通信，通過WinCC Channel Diagnosis檢測通信是否成功建立。WinCC通信檢測如圖2所示。

通信成功后，通過點擊上位機畫面或調用曲線，可實現系統遠程智能控制。系統將設備模擬畫面和實時數據相結合，增強了輸送機設備、設施數據的可視性，有效解決了長距離管帶項目就地操作效率低、運維工作量大的難題。

3 結語

本文通過實例對基于分布式I/O的管帶智能控制系統進行了分析闡述，通過分析可知，采用遠程分布式I/O方式，可大幅減少操作臺、現場I/O點控制電纜的長度，同時也縮短了數字量、模擬量信號的傳輸路徑，降低了信號的損失和衰減，提高了信號的可靠性和準確性。結合工程實際使用，論證了遠程分布式I/O在長距離管帶項目中的優勢。

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收稿日期：2020-03-05

作者簡介：舒曉媛（1986—），女，陜西寶雞人，工程師，研究方向：電氣及自動控制。