论文部分内容阅读
[摘 要]皮带输送系统的自动化控制网络由PLC主站、分布式远程I/O、本地工程师站及远程人机界面组合。基于光纤以太网和现场总线技术构建一套皮带输送系统的自动化控制网络，将远程I/O采集的现场信号传输给PLC主站，来完成皮带输送系统的远程监控。
[关键词]皮带输送系统 自动化网络 可编程序控制器 光纤以太网 现场总线
中图分类号：TK646 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0035-01
1 引言
在钢厂中，皮带输送系统是将铁矿或煤之类的原料输送至各个生产环节。皮带输送系统有输送距离远，生产环境恶劣，电磁干扰大等特点，使得皮带输送系统在构建自动化控制网络过程中会遇到诸如网络的传输距离短、抗干扰能力差、传输速率慢、网络设备防护等级低等问题。未解决上述问题，我们采用了光纤以太网和现场总线相结合的方式构建皮带输送系统的自动化控制网络。
2 工艺简介
该段皮带输送系统是将过滤间过滤后的精矿经由该输送系统分别输送至原系统的新2转-1胶带机和A-14胶带机，其间主要的传送胶带机包括EJ1、EJ2，其中EJ2胶带机为可逆配仓皮带，精矿料分三路分别输送至不同的运输胶带机。工艺流程简图如图1所示。
3 网络技术特点
该皮带输送系统的网络主要由以太网和现场总线构成。
3.1 以太网
以太网是现如今工业和商业上应用非常普及的一种网络。
以太网可以采用多种传输介质，包括同轴电缆、双绞线和光纤等。快速以太网信号在无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线中最大传输距离为100m，在多模光纤中的传输距离为500m，而在单模光纤中的传输距离可以达到3000m。
3.2 现场总线
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
Devicenet是90年代中期发展起来由美国Rockwell公司开发的一种基于CAN技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。Devicenet协议是一个简单、廉价而且高效的协议，最大可以操作64个节点。
Profibus-DP是一种应用于现场级的工业总线，是一种高速低成本、用于设备级控制系统与分布式I/O之间的通讯网络，其传输速率为9.6K～12Mbps，最大传输距离在9.6K～187.5Kbps时为1000m，500Kbps时为400m，1500Kbps时为200m，3000K～12000Kbps时为100m，可用中继器延长至10km，其传输介质可以是双绞线或光缆。
4 网络系统构成
本自动化网络仅讨论基础自动化系统的构成，基础自动化系统设有1个PLC主站、2个变频器从站、14个分布式远程I/O从站、1个工程师站（L1 Server）和1个操作员站（HMI）。主站PLC和工程师站置于现场变电所的PLC室内，变频器置于变电所低压配电室内，分布式远程I/O置于现场转运站和通廊内，操作员站则置于主控室内。
由于皮带输送系统传输距离远，将现场信号直接引至主站PLC内，不仅会受到传输距离和电磁干扰的限制，而且信号电缆的投资也会大幅增加，所以采用远程I/O的形式采集各胶带机上的检测信号，传送给主站PLC来完成胶带机的连锁控制。由于现场转运站和皮带通廊内的环境恶劣，我们选用防护等级能够达到IP67的分布式远程I/O作为现场级的数据采集设备，并采用现场总线中的Devicenet网络作为分布式远程I/O的通讯网络。从物理位置划分，可以将分布式远程I/O划分为五个分布式远程I/O站，两段通讯主干线。由于各远程I/O站间通讯距离均超过200m以上，所以两段主干线总的通讯距离均超过400m以上。如果將通讯波特率设置为125kbps，也仅能满足一段主干线的通讯要求。但由于通讯速率降低，现场数据的实时采集速率也随之降低，对生产监控有所影响。综合考虑以上因素，为了达到通讯的最佳效果，我们在主站PLC与远程I/O站间、远程I/O站与远程I/O站间的通讯采用单模光纤以太网的形式进行通讯。这样不仅可以消除传输距离对现场总线的限制，也可以消除电气设备运行时的电磁干扰对网络通讯的影响，也能够满足生产监控对通讯速率的要求。
基础自动化系统网络图如图2所示。
5 网络硬件组态
由于皮带输送系统的特殊性，在硬件选择上应考虑工况恶劣、输送距离远、电磁干扰大等特点。
5.1 PLC主站
选用美国罗克韦尔公司的1756系列PLC，1套。
电源模块 1756-PA75；
CPU模块 1756-L71；
以太网通讯模块 1756-EN2T；
数字量输入模块 1756-IB32；
数字量输出模块 1756-OB32；
模拟量输入模块 1756-IF8；
光纤交换机 1783-BMS06SL；
5.2 工控机
选用研华工控机，2台。
5.3 分布式远程I/O站
选用宜科公司的Devicenet网络的分布式远程I/O模块，5套。
光纤交换机 1783-BMS06SL
总线网关 1788-EN2DN
输入模块 BCDN-1600P-M12
电源T分支接头 DN3030-PT-1
电源接入活接头 1A4006-34
总线预铸电缆 DN11A-M006
总线接插件（孔座）1A5000-34DN
总线接插件（针座）1A5006-34DN
IO预铸电缆 CB12.4-2/P
终端电阻 1485A-C2
6 结束语
在皮带输送系统中应用了光纤以太网解决了远距离数据通讯时Devicenet网络不能同时保证的远距离和高速率的通讯问题。同时对分布式远程I/O的应用，也减少了信号电缆的材料量，节约了工程成本。经过一段时间的运行，证明了本系统设计的合理性与可靠性，达到了预期的效果。
参考文献
[1] 张攀峰，张开生，郭国法.基于PLC控制的皮带输送机系统的应用.《微计算机信息》，2005，21（25）.
[2] 曹伟，李禺.皮带输送系统自动控制技术.《宝钢技术》2005年第1期.
[3] 任翔宇，张小虎，赵常俊，郝海光.PLC在皮带输送控制系统中的应用.《大氮肥》，2010，33（1）.
[4] 张志学，肖志怀，李朝晖.以太网与现场总线. 《工业控制计算机》，2001年 第7期.
[5] 缪学勤.工业以太网技术最新进展.《电气时代》，2004，（2）.
[关键词]皮带输送系统 自动化网络 可编程序控制器 光纤以太网 现场总线
中图分类号：TK646 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0035-01
1 引言
在钢厂中，皮带输送系统是将铁矿或煤之类的原料输送至各个生产环节。皮带输送系统有输送距离远，生产环境恶劣，电磁干扰大等特点，使得皮带输送系统在构建自动化控制网络过程中会遇到诸如网络的传输距离短、抗干扰能力差、传输速率慢、网络设备防护等级低等问题。未解决上述问题，我们采用了光纤以太网和现场总线相结合的方式构建皮带输送系统的自动化控制网络。
2 工艺简介
该段皮带输送系统是将过滤间过滤后的精矿经由该输送系统分别输送至原系统的新2转-1胶带机和A-14胶带机，其间主要的传送胶带机包括EJ1、EJ2，其中EJ2胶带机为可逆配仓皮带，精矿料分三路分别输送至不同的运输胶带机。工艺流程简图如图1所示。
3 网络技术特点
该皮带输送系统的网络主要由以太网和现场总线构成。
3.1 以太网
以太网是现如今工业和商业上应用非常普及的一种网络。
以太网可以采用多种传输介质，包括同轴电缆、双绞线和光纤等。快速以太网信号在无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线中最大传输距离为100m，在多模光纤中的传输距离为500m，而在单模光纤中的传输距离可以达到3000m。
3.2 现场总线
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
Devicenet是90年代中期发展起来由美国Rockwell公司开发的一种基于CAN技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。Devicenet协议是一个简单、廉价而且高效的协议，最大可以操作64个节点。
Profibus-DP是一种应用于现场级的工业总线，是一种高速低成本、用于设备级控制系统与分布式I/O之间的通讯网络，其传输速率为9.6K～12Mbps，最大传输距离在9.6K～187.5Kbps时为1000m，500Kbps时为400m，1500Kbps时为200m，3000K～12000Kbps时为100m，可用中继器延长至10km，其传输介质可以是双绞线或光缆。
4 网络系统构成
本自动化网络仅讨论基础自动化系统的构成，基础自动化系统设有1个PLC主站、2个变频器从站、14个分布式远程I/O从站、1个工程师站（L1 Server）和1个操作员站（HMI）。主站PLC和工程师站置于现场变电所的PLC室内，变频器置于变电所低压配电室内，分布式远程I/O置于现场转运站和通廊内，操作员站则置于主控室内。
由于皮带输送系统传输距离远，将现场信号直接引至主站PLC内，不仅会受到传输距离和电磁干扰的限制，而且信号电缆的投资也会大幅增加，所以采用远程I/O的形式采集各胶带机上的检测信号，传送给主站PLC来完成胶带机的连锁控制。由于现场转运站和皮带通廊内的环境恶劣，我们选用防护等级能够达到IP67的分布式远程I/O作为现场级的数据采集设备，并采用现场总线中的Devicenet网络作为分布式远程I/O的通讯网络。从物理位置划分，可以将分布式远程I/O划分为五个分布式远程I/O站，两段通讯主干线。由于各远程I/O站间通讯距离均超过200m以上，所以两段主干线总的通讯距离均超过400m以上。如果將通讯波特率设置为125kbps，也仅能满足一段主干线的通讯要求。但由于通讯速率降低，现场数据的实时采集速率也随之降低，对生产监控有所影响。综合考虑以上因素，为了达到通讯的最佳效果，我们在主站PLC与远程I/O站间、远程I/O站与远程I/O站间的通讯采用单模光纤以太网的形式进行通讯。这样不仅可以消除传输距离对现场总线的限制，也可以消除电气设备运行时的电磁干扰对网络通讯的影响，也能够满足生产监控对通讯速率的要求。
基础自动化系统网络图如图2所示。
5 网络硬件组态
由于皮带输送系统的特殊性，在硬件选择上应考虑工况恶劣、输送距离远、电磁干扰大等特点。
5.1 PLC主站
选用美国罗克韦尔公司的1756系列PLC，1套。
电源模块 1756-PA75；
CPU模块 1756-L71；
以太网通讯模块 1756-EN2T；
数字量输入模块 1756-IB32；
数字量输出模块 1756-OB32；
模拟量输入模块 1756-IF8；
光纤交换机 1783-BMS06SL；
5.2 工控机
选用研华工控机，2台。
5.3 分布式远程I/O站
选用宜科公司的Devicenet网络的分布式远程I/O模块，5套。
光纤交换机 1783-BMS06SL
总线网关 1788-EN2DN
输入模块 BCDN-1600P-M12
电源T分支接头 DN3030-PT-1
电源接入活接头 1A4006-34
总线预铸电缆 DN11A-M006
总线接插件（孔座）1A5000-34DN
总线接插件（针座）1A5006-34DN
IO预铸电缆 CB12.4-2/P
终端电阻 1485A-C2
6 结束语
在皮带输送系统中应用了光纤以太网解决了远距离数据通讯时Devicenet网络不能同时保证的远距离和高速率的通讯问题。同时对分布式远程I/O的应用，也减少了信号电缆的材料量，节约了工程成本。经过一段时间的运行，证明了本系统设计的合理性与可靠性，达到了预期的效果。
参考文献
[1] 张攀峰，张开生，郭国法.基于PLC控制的皮带输送机系统的应用.《微计算机信息》，2005，21（25）.
[2] 曹伟，李禺.皮带输送系统自动控制技术.《宝钢技术》2005年第1期.
[3] 任翔宇，张小虎，赵常俊，郝海光.PLC在皮带输送控制系统中的应用.《大氮肥》，2010，33（1）.
[4] 张志学，肖志怀，李朝晖.以太网与现场总线. 《工业控制计算机》，2001年 第7期.
[5] 缪学勤.工业以太网技术最新进展.《电气时代》，2004，（2）.