翻车机ControlLogix控制系统应用研究

神华黄骅港务公司　李文钊　韩俊月



翻车机ControlLogix控制系统应用研究

神华黄骅港务公司李文钊韩俊月

摘要：根据翻车机ControlLogix控制系统的应用情况，研究了该系统的硬件配置、网络架构、程序设计和上位机的实现，介绍ControlLogix集成ProfiBus-DP现场总线实现设备多元化控制方法。

关键词：翻车机系统； ControlLogix； ProfiBus-DP； 变频器

1前言

翻车机是一种大型高效的机械化卸车设备，主要用于翻卸铁路敞车所装载的煤、矿石等块状及颗粒物料，广泛应用于火力发电厂、冶 金、港口等大型企业中[1]。黄骅港二期扩容工程建有2台C型转子式翻车机卸车系统，由翻车机、定位车、推车机、漏斗给料系统以及洒水和通风等辅助系统构成，目前主要进行C80A/C80B不解列车型的作业。

翻车机各个设备的运动控制等功能通过电气设备实现，翻车机的自动化也是其电气系统的自动化。翻车机电气系统有电气室控制柜、控制台以及现场电动机、接近开关和就地操作箱等设备，其自动化的实现采用ControlLogix控制系统。

2翻车机ControlLogix控制系统配置

2.1翻车机ControlLogix控制系统硬件组成

ControlLogix控制系统主要由Logix5560处理器模块、ControlLogix I/O模块、ControlLogix背板及通讯模块与电源四大部分组成，是将DCS与PLC的功能完美的结合在一起，提供顺序控制、过程控制与传动及运动控制的统一控制平台，具有模块化、带电插拔、高速传送和分布式的优点。由于系统是模块化的，所以能更有效地设计、建立和更改系统，从而极大地节省培训费用和工程实施费用。

图1　翻车机ControlLogix系统网络图

以黄骅港二期扩容工程所建翻车机为例，系统主站在电气室的PLC柜内， 配置1个7槽1756-A7/B背板附1756-PA75电源模块，0槽为1756-L61控制器，1槽为1756-CNB/D控制网模块，2槽为1756-CNB/D控制网模块，3槽为SST-PFB-CLX通讯模块，4槽为1756-DNB设备网模块，6槽为1756-ENBT/A以太网模块，其他槽位空闲。输入输出模块均采用ControlLogix系列I/O模块，如1794-IB16/A、1794-OB16/A、1794-IE8/B、1794-OF4I/A。另外控制室上位机监控采用RSview32软件开发，触摸屏为PanelView Plus 1000。

2.2翻车机ControlLogix控制系统的网络构成

翻车机自动化控制通常由多个控制系统分别对各自的控制对象进行控制，以实现现场设备的控制、控制系统之间的信息传送和控制系统与企业信息网络的融合[2]。翻车机ControlLogix控制系统的网络分为设备层DeviceNet、控制层ControlNet及信息层EtherNet/IP。设备层面向现场设备将PLC与传感器和变频器等设备相连。控制层传输大量复杂的I/O和对等通信信息。信息层对现场采集到的数据和信息进行处理和管理。三层网络均通过RSNetWorx系列软件完成组态。此外，翻车机、定位车和推车机的变频器通讯采用ProfiBus-DP网络，提高了系统可靠性。

DeviceNet设备网主要是定位车、推车机和翻车机的绝对值编码器与PLC的通讯，向系统反馈设备的位置信息。ControlNet控制网由主机架、各I/O模块、触摸屏通过ACN15挂网模式组成控制网，上位机RSView32通过1784-PCICS/B插卡接入控制网；2号槽专门设置1个控制网模块负责与CCR(中控系统)的通讯。以太网的建立通过翻车机PLC主站设有1个1756-ENBT以太网接口模块，各个翻车机间通过以太网模块经交换机实现互联，并进一步向生产管理系统提供生产数。图1为翻车机PLC系统配置示意图。

该翻车机ControlLogix控制系统具有很多特点：ControlLogix背板、 I/O模块、上位机和触摸屏均通过一根总线相连，便于充分发挥ControlNet自身的预报警/诊断功能，易于排查故障，保障系统可靠安全；变频器通过ProfiBus-DP总线单独与PLC通讯，有效保证了变频器大量数据通信的安全性，减轻了其他网络负担，同时能够在上位机上修改变频器相关参数，给技术人员的维护提供了便利；ControlLogix系统的自身特点使得翻车机系统的升级、扩展更为方便。

3程序设计及上位机实现

3.1ControlLogix程序设计

PLC程序设计采用windows xp下RSLogix5000软件，它集PLC的系统配置、PLC程序的编辑、校验和下载于一身，采用梯形图、结构化文本语言、语句表等多种编程语言，功能丰富，直观易学。在编写程序前，需要根据系统硬件进行控制器型号、通讯模块和I/O扩展模块设置。根据翻车机卸车工艺流程，翻车机控制系统主要包括定位车/推车机运动控制、铁路信号控制和漏斗自动给料等部分。

3.2ControlLogix上位机实现

上位机是操作人员和ControlLogix系统的人机接口，能将PLC提供的现场设备信息在屏幕上显示，如现场翻车机、定位车和推车机相关设备的运转情况，振动给料机给料情况及给料曲线图数据分析、洒水喷淋、干式除尘和设备故障点等。触摸屏是操作员向PLC和现场设备发布命令的系统。触摸屏可以实现系统的全自动控制和监控，同时设有对每一个设备的单独操作界面，应用于设备维修、故障处理、设备调试等非自动循环下的独立操作。

黄骅港二期扩容翻车机ControlLogix控制系统的程序用Rslogix5000编写，上位机软件采用AB公司RSview32；触摸屏采用PanelBuilder32软件设计。人机界面和PLC编程软件间、PLC编程软件和PLC控制器间起通信连接是通过RSLinx系列软件。它是用于AB PLC的服务器软件，具有OPC(DDE)功能，可以为应用OPC协议的软件提供网络上各节点采集到的设备数据，通过RSLinx在控制网网络上处理实时数据。

不同的PC机与ControlLogix系统的连接方式不同，RSlinx的组态方式也不尽相同。该上位机RSView32通过控制网接入PLC，需要对ControlNet Device进行设置才能编辑和运行。在PC上打开RSLinx，选择“Communication”菜单中的“Configure Drive”一项后显示一个对话框，在“Available Driver Types”的列表中选定“1784-PCIC(S) for ControlNet Devices”，点“Add New”按钮，然后在对话框中设置相关硬件参数后就可生产ControlNet驱动接口[2]。

4基于ProfiBus-DP的变频器控制

在ControlLogix控制系统中，除设备网、控制网和以太网之外，还有一种现场总线的应用。ProfiBus-DP是一种高速低成本通信总线，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，使用ProfiBus-DP模块可以取代价格昂贵的24 V或0～20 mA并行信号线[3]，特别适用于PLC与变频器间的通讯。ProfiBus-DP组态工具可根据厂商提供的GSD文件将其设备集成在同一总线系统中。在ProfiBus-DP通讯中，由主机站——通常是一个可编程的逻辑控制器(PLC)——选择响应主机指令的节点。主机也可以用广播的形式给多个节点发送命令。在这种情况下，节点不需要给主机发送反馈信号。在 ProfiBus-DP网络上，节点之间不能进行通讯。

翻车机ControlLogix系统组态SST-PFB-CLX模块作为DP主站，翻车机和定位车各有2台、推车机1台集成了ProfiBus-DP接口装置(CBP2配件板)的西门子6SE70变频器作为从站。4台霍伯纳增量编码器接入相应变频器之中，反馈电动机的转速。另外，该系统还将定位车和推车机大臂的角度编码器接入ProfiBus-DP总线中。ProfiBus-DP总线在完成硬件连接后，还需要完成编译软件RSlogix5000以及DP模块组态软件(SST ProfiBus Configuration Tool)对硬件的组态。

定位车/推车机的驱动装置中有多台电动机，为了保证电机同步控制的精确性，采用变频器配置编码器的闭环控制。以定位车为例，8台电动机输出轴之间没有任何硬性连接，均在齿条的一侧进行驱动。将8台电动机分为2组，由2台变频器分别驱动，一台为Master Drive，另一台为Slave Drive，各组中选取1台设置增量编码器，向变频器反馈电机的速度值，见图2。主变频器接收PLC发出的给定速度，同时把自身运行速度值、位置值等参数通过屏蔽控制电缆发给从变频器，最终实现8台电动机的同步控制。利用RSLogix5000在程序中设计相应程序，控制编码器实际值与变频器输出值之间的误差，若超出范围则封锁变频器，同时发出故障报警。

5结语

翻车机卸车系统设备繁多、工艺复杂， 通过采用 ControlLogix PLC 控制系统及其网络通讯产品和技术，简化了生产工艺流程，降低了劳动强度，提高了生产效率。翻车机电气设备及其控制系统长期处于湿气较大、煤尘大的恶劣环境下，ControlLogix以其较高的安全性及可靠性，保障了翻车机系统的正常运行。

图2　基因ProfiBus-DP的变频器控制示意图

参 考 文 献

[1]鲁秉娟，王燕，赵红兵．ProfiBus-DP在翻车机控制系统中的应用[J]．电气传动，2012，42(6)：44-47．

[2]朱春花．ControlNet 总线及网络控制技术在冷战控制系统中的应用[D]．重庆：重庆大学，2005．

[3]郑小倩，黄明琪．基于ProfiBus-DP通信研究与实现[J]．计算机测量与控制，2007，15(5)：695-697．

The Application Research of the ControlLogix Control System for Car Dumper

Shenhua Huanghua Harbour Administration CORP.(LTD)Li WenzhaoHan Junyue

Abstract：According to the application of ControlLogix system in car dumpers, this paper researches its hardware configuration, network structure, program designing and upper monitor achieving. In addition, it introduces the diversification control method of equipment combined the ControlLogix with the ProfiBus-DP.

Key words：car dumper system； ControlLogix； ProfiBus-DP； frequency converter

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.008

收稿日期：2015-11-02

李文钊： 061113， 河北省沧州市渤海新区