凌控導讀:本文淺談三菱PLC(FX3GA)之間N:N網(wǎng)絡(luò )連接組成的系統在煤礦井下運輸系統中的安全防護作用。
1、系統概述
煤礦井下采用絞車(chē)系統運輸開(kāi)采的原煤,為了保護人員和設備的安全,國家明確規定煤礦井下運輸斜巷必須安裝使用防跑車(chē)裝置三菱PLC 斜巷運輸過(guò)程中,礦車(chē)牽引鋼絲繩斷裂發(fā)生跑車(chē)事故,跑車(chē)防護裝置的擋車(chē)欄不應打開(kāi),起到攔截失控礦車(chē)(擋車(chē))的作用三菱PLC
每套擋車(chē)欄攔截失控礦車(chē)的最大能量一定,依據擋車(chē)欄額定擋車(chē)能量、斜巷參數以及運行礦車(chē)參數,理論上可以計算出一條運輸斜巷需要安裝擋車(chē)欄數量煤礦井下 實(shí)際大約1km的煤礦斜井運輸巷道一般都會(huì )安裝布置有6~10多套擋車(chē)欄煤礦井下
2、工藝特點(diǎn)
絞車(chē)運輸控制系統一般安裝在地面或井下斜巷上平車(chē)場(chǎng)的操作室,為了使絞車(chē)司機更加客觀(guān)準確了解掌握礦車(chē)運行情況,現在大部分煤礦使用了視頻傳輸系統將運輸礦車(chē)經(jīng)過(guò)的各個(gè)擋車(chē)欄監控視頻上傳顯示在絞車(chē)司機面前煤礦井下 視頻監控系統一般采用光纖傳輸,配合監控跑車(chē)防護裝置的擋車(chē)欄,這里主要介紹一種基于RS485雙絞線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )的跑車(chē)防護裝置控制系統,該系統能夠判斷礦車(chē)運行位置,適時(shí)打開(kāi)關(guān)閉擋車(chē)欄,保障運輸安全;同時(shí)將擋車(chē)欄運行狀態(tài)信息上傳顯示給絞車(chē)司機FX3GA
從千米井下將擋車(chē)欄狀態(tài)信息一對一傳輸到絞車(chē)房(控制室)的集控方式顯然不宜采用,網(wǎng)絡(luò )化的集散控制方式成為必然選擇FX3GA
工藝要求運輸礦車(chē)不論向上還是向下運行到達關(guān)閉的擋車(chē)欄跟前時(shí)必須上提打開(kāi)擋車(chē)欄使礦車(chē)順利通過(guò),礦車(chē)完全通過(guò)擋車(chē)欄后擋車(chē)欄必須下落關(guān)閉,做好安全防護的準備FX3GA 作為安全防護設備,當然要求可靠性放在第一位,目前業(yè)界基本都采用可靠性高的PLC作為控制器設計開(kāi)發(fā)跑車(chē)防護裝置控制系統。
判斷運輸礦車(chē)是否到達擋車(chē)欄跟前需要打開(kāi)擋車(chē)欄是本系統的關(guān)鍵。目前業(yè)界定位礦車(chē)位置主要有編碼器定位、深度指示器定位、軌道傳感器定位三種方式。本文討論選用深度指示器定位方式。
3、控制系統構成
三菱公司FX系列PLC在國內擁有較大的市場(chǎng)份額。本項目我們采用三菱FX3GA(FX3GA-24MR-CM)作為主控制器,每臺主控制器擴展一個(gè)RS485通訊口(FX3G-CNV-ADP + FX3U-485ADP-MB),多臺控制器通過(guò)擴展的RS485通訊口連接組網(wǎng)(三菱稱(chēng)之為N:N網(wǎng)絡(luò ))。網(wǎng)絡(luò )中主站控制器布置在運輸絞車(chē)控制室,采集礦車(chē)位置信號;分站控制器布置在擋車(chē)欄附近,就地控制擋車(chē)欄提升下放,一個(gè)分站對應控制一個(gè)擋車(chē)欄。主站控制器FX3GA-24MR-CM編程口連接昆侖通態(tài)的HMI(TPC1061Ti)顯示各個(gè)擋車(chē)欄的狀態(tài)信息。整個(gè)控制系統結構簡(jiǎn)圖如下圖一所示。
由于煤礦井下使用設備防爆要求,整個(gè)系統由防爆箱體主控箱、電控箱、操作箱組成。主控箱做主站,電控箱做分站,操作箱相當于上位機。主站、分站之間屬同品牌PLC通訊連接,主站另外一個(gè)通訊口(FX3GA-24MR-CM編程口)連接上位機— 昆侖通態(tài)HMI(TPC1061Ti)。操作箱中用到了一個(gè)臺達小型PLC(DVP14SS211T)采集面板按鍵信號,由于防爆設計中本安電路與非本安電路隔離的要求,操作箱面板上的本安按鍵信號經(jīng)過(guò)了隔離轉換成非本安信號后才連接到PLC(DVP14SS211T)。昆侖通態(tài)HMI(TPC1061Ti)一個(gè)標準的9針串口引腳定義了兩個(gè)通訊接口,一個(gè)RS232(COM1)和一個(gè)RS485(COM2)分別連接了主站三菱PLC(FX3GA-24MR-CM)和操作箱中一只臺達PLC(DVP14SS211T)。
絞車(chē)工作牽引礦車(chē)上行運煤,主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄后方特定位置信號,下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄提升;礦車(chē)順利通過(guò)擋車(chē)欄,主站PLC接收到礦車(chē)上行到達擋車(chē)欄前方特定位置信號,下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄下放。礦車(chē)向下運行,主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄前方特定位置信號,下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄提升;礦車(chē)順利通過(guò)擋車(chē)欄,主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄后方特定位置信號,下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄下放。各擋車(chē)欄狀態(tài)信息集中傳送到主控PLC,由HMI顯示提供給絞車(chē)司機監視,擋車(chē)欄故障時(shí)發(fā)出聲光報警,提醒司機做相應處理。
操作箱上設置有控制面板,可以集中控制所有聯(lián)網(wǎng)擋車(chē)欄動(dòng)作、故障復位,也可以單獨控制某套擋車(chē)欄運行。
4、系統調試
分站控制擋車(chē)欄運行調試
1)校正電機運轉方向與提升下放擋車(chē)欄指令一致。
2) 擋車(chē)欄提升下放多次,校正固定好機械裝置后設置PLC中擋車(chē)欄運行時(shí)間參數(擋車(chē)欄上下限位傳感器故障后,有這個(gè)時(shí)間參數,計時(shí)時(shí)間到同樣也可以停止擋車(chē)欄的運行),設置分站PLC站號。
主站礦車(chē)位置檢測傳感器位置確定
深度指示器旋轉絲杠上固定一個(gè)不隨絲杠旋轉的滑塊,絞車(chē)正轉,礦車(chē)下行,旋轉絲杠上的滑塊向下滑動(dòng)。
1)礦車(chē)剛好運行到擋車(chē)欄下方,此時(shí)停止絞車(chē),深度指示器絲杠上的滑塊位置就代表了礦車(chē)的實(shí)際位置。在此滑塊端面位置固定一個(gè)電感式接近傳感器,傳感器感應面與滑塊端面中心對正,使傳感器能感應到滑塊輸出信號。
2)每套擋車(chē)欄位置檢測相同,巷道內有多少擋車(chē)欄深度指示器上就要固定有多少個(gè)電感式接近傳感器來(lái)確定礦車(chē)位置。
主站、分站單獨調試完成后就可以聯(lián)網(wǎng)放車(chē)模擬實(shí)際運行看運行效果了。
5、系統優(yōu)點(diǎn)
1)同品牌PLC(三菱FX3GA-24MR-CM)之間組網(wǎng),編程簡(jiǎn)單,通訊可靠,系統穩定性高。
2)礦車(chē)位置非線(xiàn)性檢測,間接采用深度指示器上的電感式接近傳感器指示礦車(chē)特定位置,結構簡(jiǎn)單,受周遭環(huán)境影響小,相對于編碼器線(xiàn)性檢測礦車(chē)位置可靠性要好。
3)采用高分辨率觸摸屏顯示礦車(chē)狀態(tài)、擋車(chē)欄狀態(tài)以及系統參數,簡(jiǎn)潔直觀(guān)?,F場(chǎng)幾乎不需要調試,只需連接好與主站通訊線(xiàn)后提供電源就可工作。
4)選用三菱第三代小型PLC(FX3GA-24MR-CM),由三菱電機自動(dòng)化機器制造(常熟)有限公司在江蘇省常熟高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區東南大道3號的工廠(chǎng)生產(chǎn)。該款PLC性?xún)r(jià)比高,供貨周期短,內置編程通訊Mini-B小U口,沒(méi)有專(zhuān)用編程電纜的情況下使用一根普通U口數據線(xiàn)(我用了以前老款諾基亞手機的數據線(xiàn))就可以完成程序上傳下載任務(wù),速度很快,使用方便。
5)主機CPU(FX3GA-24MR-CM)通過(guò)FX3G-CNV-ADP連接擴展一塊RS485通訊用特殊適配器 FX3U-485ADP-MB,FX3U-485ADP-MB支持標準MODBUS協(xié)議,官方給出的通訊總延長(cháng)距離500米,本系統中使用三菱N:N網(wǎng)絡(luò ),通訊設置在9600波特率,6臺(包括主分站)聯(lián)網(wǎng),在井下接近1000米范圍內通訊亦然穩定可靠,整套設備運行正常。
6、總結
1)各品牌HMI一對一連接各大品牌PLC相信大家已經(jīng)耳熟能詳。本系統設計一臺HMI要與兩臺不同品牌不同通訊接口的PLC連接,初期選型階段反復核查了昆侖通態(tài)HMI(TPC1061Ti)通訊口,確認一個(gè)物理接口(D型9針接口)集成了一個(gè)RS232(COM1)和一個(gè)RS485(COM2)兩個(gè)通訊接口,兩臺PLC分別與兩個(gè)通訊接口連接理論上沒(méi)有任何問(wèn)題。HMI與PLC連接關(guān)系如下圖二所示。
這個(gè)結構在HMI組態(tài)時(shí)遇到了不小的挫折,最后試了多次后才找到問(wèn)題根源。
最初使用圖三組態(tài)結構,臺達PLC可以連接,三菱PLC連接不上。由于以前沒(méi)有上位機直連三菱編程通訊口(RS422)的經(jīng)驗,TPC1061Ti用戶(hù)手冊上又是通過(guò)在通訊線(xiàn)中串聯(lián)電阻實(shí)現RS232接口與RS422接口連接,反復更換串聯(lián)電阻、修改組態(tài)后三菱PLC還是連接不上。
靜心仔細想想,兩臺PLC硬件接口不同,需要HMI提供2個(gè)不同的通訊接口,這個(gè)在初期選型階段就考慮到了,到了末期組態(tài)編程階段又犯了同樣的錯誤。一個(gè)“父設備”(相當于一個(gè)串口)怎么能連接兩個(gè)不同的通訊接口的PLC呢?
改用圖四組態(tài)連接,問(wèn)題馬上得到解決。
2)熟悉FX2N系列PLC之間的N:N網(wǎng)絡(luò )編程,第一次嘗試使用FX3GA實(shí)現N:N網(wǎng)絡(luò ),參考了用戶(hù)手冊后,使用后者與使用前者基本沒(méi)有不同,實(shí)現起來(lái)還是很容易,并且三菱FX控制器N:N網(wǎng)絡(luò )一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是各個(gè)分站之間可以直接交換數據,不需要通過(guò)主站中轉。三菱用戶(hù)手冊中給出的鏈接軟元件見(jiàn)下圖五。
在1#從站中可以直接讀主站數據也可以直接讀2#從站數據如下圖六程序:
上圖動(dòng)作一表示在1#從站中直接讀出儲存在主站M1000~M1003軟元件中的數據,輸出到Y010~Y013;動(dòng)作二表示在1#從站中將輸入狀態(tài)量X000~X003儲存在1#交換區軟元件M1064~M1067中供其他站使用;動(dòng)作三表示在1#從站中直接讀出儲存在2#從站數據交換區軟元件M1128~M1131中的數據,輸出到Y020~Y023。