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The Application of Beckhoff CX1000 controller to strip coal mine transportation system

摘要：本文介紹了基于德國Beckhoff CX1000新型控制器的中電霍煤集團北露天礦地面輸煤集中控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)以CX1000控制器為控制單元，通過工業(yè)實時以太網實現(xiàn)全系統(tǒng)的監(jiān)控和生產作業(yè)及管理。
關鍵詞：CX1000，實時以太網，膠帶運輸機

0 引言
中電霍煤集團北礦地面輸煤集中控制系統(tǒng)是中電霍煤集團為霍林河在建火力發(fā)電廠地面輸煤系統(tǒng)的集中控制部分。擔負著火力發(fā)電廠的用煤輸送任務，連接霍林河北礦露天煤場與火力發(fā)電廠。運煤輸送距離約五千米。該系統(tǒng)充分總結國內同行業(yè)的控制經驗，并吸收了國外當前先進的控制理念，積極運用新技術，使系統(tǒng)達到當前先進水平。

1 工藝概況
輸煤系統(tǒng)設計有四條輸煤膠帶（具體見附圖1），小時生產能力為1200噸。集中控制系統(tǒng)基本控制任務對輸煤系統(tǒng)中101（一次破碎機），102（連接膠帶機），104（二次破碎機），201（轉載膠帶機，4500米），301（上倉膠帶機，455米），401（配倉膠帶機，105米）的實時監(jiān)視和控制。通過安裝在中央控制室的上位計算機，在集中方式下控制各膠帶輸送機及破碎機，同時將現(xiàn)場膠帶輸送機，破碎機的運行狀態(tài)參數(shù)及料位計、皮帶秤參數(shù)實時顯示，以及對所控膠帶機實施保護。

附圖一輸煤生產集中控制系統(tǒng)總流程圖

2 控制系統(tǒng)結構及功能
在本項目中，系統(tǒng)主站及從站控制單元均采用德國倍福（BECKHOFF）CX1000控制器。上位機采用德國倍福（BECKHOFF）C5102工業(yè)IPC。
德國倍福（BECKHOFF）是世界知名的自動化公司，不斷倡導自動化新技術。為自動化應用添加了不少高質量新產品。其構成的自動化系統(tǒng)具有突出的性能及功能優(yōu)點：
（1） 產品種類齊全，從工業(yè)IPC，總線端子，到伺服驅動。
（2） 產品支持協(xié)儀廣泛：光導總線（LightBus），Profibus，Interbus，Canopen，DeviceNet，ControlNet，SERCOS，Ethernet，EtherCAT，Modbus，F(xiàn)ipio，AS以及常用接口RS232/RS485等。因此可以廣泛的連接其他各類廠商的標準自動化產品。如AB，MODICON，SIEMENS等廠家產品。
（3） 統(tǒng)一的軟件平臺TWINCAT，實現(xiàn)倍福（BECKHOFF）全系列產品的組態(tài)，編程。
（4） 特有的電力電量測量模塊KL3403，可對電力系統(tǒng)在線電壓，電流，有功功率，視在功率及功率因素測定。
（5） 德國倍福（BECKHOFF）CX1000控制器，采用了奔騰MMX處理器，運行時鐘頻率達266MHZ?？梢酝瑫r運行四個PLC控制任務。為系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定，可靠的控制程序運行平臺。
根據(jù)輸煤生產系統(tǒng)工藝，全系統(tǒng)設置一個主站，兩個從站系統(tǒng)。主站設置于中央控制室中，位于整個系統(tǒng)中部，1#從站設置于101（一次破碎機）與104（二次破碎機）之間，2#從站設置于301（上倉膠帶機）驅動站處。
在系統(tǒng)主站中，采用德國倍福（BECKHOFF）CX1000控制器作為主控制器，主控制器通過光纖通訊完成系統(tǒng)主站與現(xiàn)場從站間的信息交換，通過超五類屏蔽雙絞線實現(xiàn)主站與上位機的通訊鏈路連接。
具體功能包括：
（1）、主站與1#從站控制器信息交換，實現(xiàn)采集并控制1#從站現(xiàn)場設備
（2）、主站與2#從站控制器信息交換，實現(xiàn)采集并控制2#從站現(xiàn)場設備
（3）、主站控制器與上位機間信息交換，實現(xiàn)上位機與各從站間的通訊連接，實現(xiàn)人機界面與現(xiàn)場信號的交互
（4）、主控制室綜合控制任務（通過自己配置的輸入模塊，輸出模塊）
1#從站中，采用德國倍福（BECKHOFF）CX1000可編程控制器作為主控制器，通過光纖通訊完成系統(tǒng)主站與1#從站間的信息交換。同時采集并控制就地設備。1#從站具體控制功能如下：
（1）、通過串行通信模塊KL6021，按照MODBUS RTU協(xié)議與膠帶綜合保護儀ZB02進行通訊連接，實現(xiàn)102（連接膠帶）保護功能（拉繩開關，跑偏開關，堵塞）
（2）、102（連接膠帶）上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，運行信號，緊急停止信號等采集，集中控制，就地控制，運行命令及預告信號輸出。
（3）、101（一次破碎機），上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，運行信號，緊急停止信號等采集，運行命令及預告信號輸出。
（4）、104（二次破碎機）上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，運行信號，緊急停止信號等采集，集中控制，就地控制，運行命令及預告信號輸出。
（5）、通過配置KL3403電力測量模塊，實現(xiàn)102（連接膠帶），101（一次破碎機），104（二次破碎機），102（連接膠帶）處變電所進線電源的電壓，電流，有功功率，累計電能及功率因素的檢測及在線監(jiān)控。
（6）、102（連接膠帶），101（一次破碎機），104（二次破碎機），除鐵器綜合控制任務及連鎖控制。
2#從站中，采用德國倍福（BECKHOFF）CX1000可編程控制器作為主控制器，通過光纖通訊完成系統(tǒng)主站與2#從站間的信息交換。同時采集并控制就地工藝設備。2#從站具體控制功能如下：
⑴、通過串行通信模塊KL6021，按照MODBUS RTU協(xié)議與膠帶綜合保護儀ZB02進行通訊連接，實現(xiàn)201（轉載膠帶）保護功能（拉繩開關，跑偏開關，打滑，堵塞，撕裂）
⑵、通過串行通信模塊KL6021，按照MODBUS RTU協(xié)議與膠帶綜合保護儀ZB02進行通訊連接，實現(xiàn)301（上倉膠帶）保護功能（拉繩開關，跑偏開關，打滑，堵塞，撕裂）
⑶、201（轉載膠帶）上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，1#電機運行信號，2#電機運行信號，3#電機運行信號，緊急停止信號，進線斷路器工作信號，故障信號及準備就緒信號等采集，集中控制，就地控制，運行命令及預告信號輸出。
⑷、301（上倉膠帶）上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，運行信號，緊急停止信號，進線斷路器工作信號，故障信號，松閘，合閘及準備就緒信號等采集，集中控制，就地控制，運行命令及預告信號輸出。
⑸、401（配倉膠帶）上位機集中控制，包含集中信號，就地信號，正轉運行信號，反轉運行信號，緊急停止信號等采集，集中控制，就地控制，正轉運行命令，反轉運行命令及預告信號輸出。
⑹、通過配置KL3403電力測量模塊，實現(xiàn)201（轉載膠帶）三個電機，301（上倉膠帶）一個電機，401（配倉膠帶）一臺電動滾筒，201進線電源，301進線電源，401進線電源的電壓，電流，有功功率，累計電能及功率因素的檢測及在線監(jiān)控。
⑺、通過配置KL3022模擬量測量模塊，實現(xiàn)一個皮帶秤信號（4~20mA），六個料位計信號（4~20mA）的檢測及在線監(jiān)控。
⑻、201（轉載膠帶），301（上倉膠帶），401（配倉膠帶）綜合控制任務及連鎖控制。
⑼、實現(xiàn)201（轉載膠帶機）的Rockwell DODGE CST（軟起動裝置）數(shù)據(jù)傳輸及顯示。

現(xiàn)場做為從站主控制器的CX1000嵌入式PC
在中央控制室配置兩臺工業(yè)控制計算機（IPC），一臺彩色噴墨打印機及控制臺。兩臺工控機配置WinCC人機界面應用程序冗余。工控機采用兩套德國倍福（BECKHOFF）C5102 IPC（配置P4 2.4G，40G硬盤，DDR 256M內存，17’LCD顯示器），通過超五類屏蔽雙絞線連接工業(yè)以太網交換機實現(xiàn)系統(tǒng)主站與上位機間的高速（10/100M），可靠的信息交換。
具體功能包括：
（1）、現(xiàn)場總工藝設備狀態(tài)參數(shù)顯示，及各獨立設備狀態(tài)參數(shù)顯示
（2）、102（連接膠帶）， 201（轉載膠帶），301（上倉膠帶），401（配倉膠帶）的控制狀態(tài)顯示以及集中控制，拉繩開關，跑偏開關，撕裂，打滑，堵塞的在線實時狀態(tài)顯示
（3）、101（一次破碎機），104（二次破碎機），吸鐵器的控制狀態(tài)顯示以及集中控制
（4）、一個皮帶秤，料位計在線實時狀態(tài)顯示
（5）、電機（101（一次破碎機），104（二次破碎機），201（連接膠帶機），301（上倉膠帶機），401（配倉膠帶機））的運行電壓，電流，有功功率，累計電能及功率因素的檢測及在線監(jiān)控。
（6）、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示，打印
（7）、數(shù)據(jù)報表顯示，打印
（8）、報警信息顯示
（9）、幫助信息顯示
在本項目中，為實現(xiàn)可靠，高速（10/100M）信息交換，在上位機與CX1000控制器之間經過工業(yè)以太網交換機實現(xiàn)。由于現(xiàn)場各分控站間距離較長，其中主控制站與1#從站間距離為3100米，主控制站與2#從站間距離為2450米。而且現(xiàn)場實際安裝有多臺6KV高壓電機，為徹底有效防止電磁干擾對系統(tǒng)的影響，對現(xiàn)場控制及信息交換通過單模光纖以太網實現(xiàn)。
1#從站CX1000控制器，2#從站CX1000控制器與主站CX1000控制器間是基于單模光纖以太網構成RealTime Ethernet?？刂破鏖g信息交換，通過各CX1000控制器定義Publisher向指定設備或全局設備發(fā)布交換變量狀態(tài)值，Subscriber來接受交換變量狀態(tài)值。

3 結束語
中電霍煤集團北礦地面輸煤集中控制系統(tǒng)已正式投入運行，控制系統(tǒng)各項功能均達到設計要求?？刂葡到y(tǒng)中新技術的引入不僅提供了系統(tǒng)的可靠運行更為企業(yè)生產和管理提供良好的平臺。