Dupline總線保護裝置和AB ControlLogix在長距離膠帶系統中的應用

鄧博文，李超穎

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

膠帶作為高效穩定的物料輸送設備，在礦山和冶煉廠已經有了大量應用。而膠帶的保護裝置則是膠帶正常安全運行的必要條件，膠帶的保護裝置通常有：跑偏開關、拉繩開關、撕裂開關、堵塞開關等。傳統的應用就是將膠帶保護裝置的信號通過PLC遠程分站的模塊進入PLC，在PLC內部按照一定的邏輯進行編程。當現場開關觸發，信號傳入PLC，經過程序邏輯判斷來進行報警或停車操作。大紅山鐵礦一期膠帶輸送系統便是采用傳統的膠帶保護裝置，對長膠帶系統來說，此方式具有以下特點：現場保護開關與PLC遠程分站之間需要大量的控制電纜相連接，大量的電纜敷設極易造成信號疊加干擾，對系統造成一定的影響。并且大量的開關點信號需要占用寶貴的PLC輸入點。我公司建設的大紅山二期膠帶輸送系統則采用了Dupline總線方式，此方案只需布置一條雙芯電纜，避免了因大量電纜疊加造成的信號干擾，降低了故障率。由于采用總線通訊的方式，并不需要占用任何PLC輸入點，節約了投資。除此，Dupline總線式膠帶保護裝置具有地址編碼功能，能精確的將故障位置傳入系統，可以節約大量的故障排查時間，提高生產效率。

1 控制方案及硬件配置

1.1 控制方案

大紅山鐵礦二期膠帶輸送系統采用AB系列PLC(1756-L61)作為主控制器，采用1756-DNB通訊模塊通過DeviceNet現場總線連接到Dupline數據網關。網關通過1根雙芯電纜將膠帶沿線所有保護開關連接起來，每個網關作為1個子系統，最多支持128個地址，同一個地址可多個開關同時使用；其最大的特點是I/O模塊直接由總線供電，因而不需要外部電源，這使得安裝工作非常靈活，在沒有就地電源時體現出很大的優勢。該系統共有3套PLC控制系統，分別控制采4#、采5#、采6#、采7-1#和采7-2#共5條膠帶的運行。3套PLC控制系統通過千兆光纖網絡連接起來形成1個完整的控制系統。整個控制系統網絡結構見圖1。

圖1 系統網絡結構Fig.1 System network structure

以采4#膠帶機PLC系統為例，采4#膠帶長度為1 065 m。根據每隔40 m左右布置1對拉繩開關，100 m左右布置1對跑偏開關，膠帶頭部和尾部配漏斗堵塞開關和縱向撕裂開關各一套。保護開關配置數量見表1。

表1 保護開關配置Tab.1 Protective switch configuration

1.2 總線硬件配置

在Dupline總線中使用的硬件如下：

(1)1756-DNB為Allen-Bradley ControlLogix平臺提供的支持Devicnet通訊協議的模塊，當模塊用于主站應用時，是Devicenet總線和Allen-Bradley Backplane之間的一個網關，可以實現PLC和第三方Devicenet總線的數據交換。

(2)Dupline數據網關G3891 0050是Dupline總線和Devicenet總線轉換的網關，通過網關上的撥碼開關設置波特率和地址與1756-DNB實現Devicenet通訊，從而與PLC實現數據交換。

(3)G5010 2206數據采集模塊是Dupline供電的2通道輸入模塊，安裝于保護開關內部，通過Dupline總線與Dupline數據網關進行通訊。模塊前端的紅色LED，可以被編程為任一個Dupline通道地址，從而指示該通道ON的狀態。

(4)GAP1605編碼單元是G5010 2206的通道地址設定裝置，適用于基于ASIC的Dupline G系列模塊。主要用于讀取和編程通道地址。可以設置2、4、8個連續的in/out通道地址，也可以對每個輸入/輸出單獨編址。沒有使用的in/out可以被設定為無地址。

(5)GTU8測試工具是由Dupline總線供電的便攜式測試工具。可以在Dupline總線的任何地方來監測和控制Dupline通道的狀態。該工具用于Dupline系統的安裝調試、故障排除和維護。

2 通訊連接

2.1 現場Dupline總線連接

開關內配置有2通道輸入數據采集模塊G5010 2206，使用分段的2芯雙絞信號電纜分別接入數據采集模塊的D+和D-端子，即數據采集模塊的總線通訊端子。用并聯的方式將2芯電纜沿膠帶將所有保護開關的D+和D-端子依次首尾連接起來。總線形成后，將第一個保護開關的2芯電纜接入數據網關G3891 0050的總線通訊端子，注意區分正負。這樣一根2芯雙絞信號電纜就代替了眾多的信號電纜，杜絕了由于電纜疊加造成的信號干擾問題，降低了成本。同時每個保護裝置的信號也都可以進入PLC，實現故障的精確定位。

2.2 Dupline總線與PLC通訊

1756-DNB作為Devicenet通訊協議的主站與數據網關作為的從站均安裝于PLC柜內，用Devicenet專用通訊電纜將二者按照規定的Devicenet接線方式連接起來。

使用AB公司提供的D網規劃軟件RSNetWorx for DeviceNet進行通訊配置，首先安裝EDS文件，打開RSNetWorx for DeviceNet軟件，使用工具欄的Tools選項進入EDS文件安裝向導，找到數據采集模塊G5010 2206的EDS文件存放位置后安裝即可。

3 現場信號采集

3.1 信號檢測

(1)拉繩信號檢測：現場拉繩開關與Dupline總線式模塊連接，分別感應拉繩開關動作信號。拉繩開關信號均為常閉信號，當拉繩開關動作后信號斷開，則認為是拉繩信號動作；同時輸出到網關模塊并在程序中顯示。

(2)跑偏信號檢測：現場跑偏開關與Dupline總線式模塊連接，分別感應跑偏開關動作信號。跑偏開關信號分為輕跑偏與重跑偏兩種信號均為常閉信號，當跑偏開關動作后信號斷開，則認為是跑偏信號動作；同時輸出到網關模塊并在程序中顯示。

(3)漏斗堵塞信號檢測：現場漏斗堵塞開關與Dupline總線式模塊連接，分別感應漏斗堵塞開關動作信號。漏斗堵塞開關信號均為常閉信號，當漏斗堵塞開關動作后信號斷開，則認為是漏斗堵塞信號動作；同時輸出到網關模塊并在程序中顯示。

(4)縱向撕裂信號檢測：現場縱向撕裂開關與Dupline總線式模塊連接，分別感應縱向撕裂開關動作信號。縱向撕裂開關信號均為常閉信號，當縱向撕裂開關動作后信號斷開，則認為是縱向撕裂信號動作；同時輸出到網關模塊并在程序中顯示。

信號檢測見圖2。

圖2 信號檢測Fig.2 Signal detection

3.2 信號地址設置

Dupline總線地址設置為A-P16個字母首地址，每個字母地址下又有8個數字地址組成，相當于一個網管模塊共計有128個不重復的地址(例如：A1、B2、C3)。

(1)拉繩開關為單通道設置，利用GAP1605手操器在一個通道模塊進行地址編寫(例如：D3)。

(2)跑偏開關為雙通道設置，利用GAP1605手操器在一個通道模塊進行地址編寫，則一個跑偏開關有兩個地址，分別代表輕跑偏和重跑偏(例如：A1輕跑偏、A2重跑偏)。

(3)漏斗堵塞開關為單通道設置，利用GAP1605手操器在一個通道模塊進行地址編寫(例如：G3)。

(4)縱向撕裂開關為單通道設置，利用GAP1605手操器在一個通道模塊進行地址編寫(例如：F3)。

3.3 信號顯示

最終信號的顯示才用Intouch作為上位電腦控制顯示，為了更高效安全的保證生產的運行在上位顯示中設置了誤動作切除鍵，在跑偏開關、拉繩開關、配漏斗堵塞開關、縱向撕裂開關出現誤動作的情況下，經現場人員確認后，手動切除相應開關信號，以保證運輸膠帶的生產運輸要求。

其中因為跑偏開關存在輕跑偏和重跑偏兩種情況，所以在畫面中跑偏快關顯示分為兩種，在跑偏信號、拉繩信號、配漏斗堵塞信號、重跑偏信號的情況下系統采用立即停機，輕跑偏信號的情況下系統采用提示警告。

4 結 語

該系統已在生產實際中得到成功的應用，并在提高運輸效率，節約成本、降低職工勞動強度等方面起到了重要作用。以本例作為參考，該系統的軟硬件均有廣泛的推廣性。硬件方面，此類結構適用于所有FCS場合；軟件方面，本系統可以有效地應用到其他領域收塵系統的控制中，具有深遠的意義。