某大型原料输送工程的电气自动化系统设计

　　摘要：本文从大型原料输送工程特点出发，介绍了自动化系统设计对供配电及MCC系统设计的基本要求、现场总线技术新设备的应用、基于TCP／IP协议的网络技术和基于WWW协议的Web技术的应用，对新建和改扩建大型输送工程的电气自动化系统设计具有指导意义。
　　关键词：输送工程；自动化；设计
　　0引言
　　大型原料输送工程，就是利用带式输送机，将各种不同原料输送到配料中心或直接输送到用户。其生产工艺流程是比较庞杂的，就其过程控制特点而言，可以概括为以物料平衡调度为主的连续性较强的慢处理过程，现场工艺设备较分散，但设备结构较简单，生产过程对设备的自动化水平及可靠性的依赖性较强。
　　随着国民经济的发展，在煤炭、电力、冶金等行业，一批大型原料输送工程正在建设或扩建改造，如煤炭行业的配煤中心及选煤厂工程，电力、冶金行业的原料贮运工程等等。
　　但受技术水平和经济能力的限制，长期以来，继电器一接触器控制系统和传统的PLC控制系统。一直占据着输送工程电气自动化系统设计的主导地位。随着科学技术进步和现代化要求的不断提高，人们对生产自动化的认识进一步深化，各种新技术、新工艺在输送工程自动化中的应用已成为必然的发展方向。
　　特别是最近几年，现场总线技术日益完善，已经大众化的低成本的基于TCP／IP协议的网络技术和基于WWW协议的Web技术也迅猛发展，适时地更新或改造原有控制系统，提高大型原料输送工程的综合自动化控制系统的水平，是一个不容忽视的问题。
　　本文先就供配电及MCC系统设计的基本要求做一简要叙述，再就上述新技术在大型输送工程的自动化系统设计中的应用加以说明。
　　1供配电及MCC系统设计的基本要求
　　由于输送工程现场环境较差、电气防尘要求高、部分地点还有防腐蚀要求，MCC不适宜设置在现场。因此。MCC系统，应考虑分散集中方式，即MCC与各供配电室。共用房间。在确定高压两段母线负荷分配原则时，除考虑尽量平均分配外。对于工艺流程图中的任意两个平行子流程，应分别两段母线供电，同时，不应把一个不可分解的流程上的设备拆分到两段母线上。
　　为了减轻对电网的冲击及根据设备启动要求，（1）对两台电机驱动的带式输送机，电机的起动时间间隔为0～20秒(可调整)，起动顺序为靠近重锤拉紧装置的电机先起动；（2）对90KW及以上低压电机全部采用软起动，对90KW以下的低压电机根据计算确定是否采用软起动。
　　MCC系统的每个回路的一、二次电路，必须充分考虑集中控制自动化的要求：(1)就地(对电动机的)操作，不经过PLC。但有信号传送给PLC，以保证就地，集中的无扰动切换；(2)一次电路的断路器等，应加装辅助接点附件，与热保护元件辅助接点，组成电气保护信号；(3)高压带式输送机二次电路，引至PLC的有：紧停故障、合闸、保护(电源故障)、集中控制、预备合闸，引白PLC的有：允许合闸、跳闸、启动预告、洒水电磁阀。低压带式输送机二次电路，引至PLC的有：工作信号、故障、保护、集中控制，引自PLC的有：集中操作、启动预告、洒水电磁阀。
　　2新技术、新设备在自动化系统设计中的应用
　　2.1现场总线技术新设备的应用现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通讯网络。与传统控制方法相比，具有无法比拟的优势：(1)具有较高的性能价格比，系统综合成本大幅度减少。导线、连接附件大幅度的减少；设计、安装、调试、维护费用大幅度的减少，维护和改造停工时间减少60％～80％。(2)系统性能大幅度提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶。它能自动诊断总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，显示故障位置，方便设备维护人员。由于采用数字信号通讯，有效地提高了系统的测量和控制精度。系统调试更加灵活方便，可以将系统分为几个系统分别进行调试，便于复杂故障的排除。可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力。许多总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性，可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱。使系统美观而实用，等等。
　　Profibus是标准化的开放式的通讯网络，ProfibusDP是最快的总线，世界范围的标准，用于工业自动化中。主控器(PLC、PC等)与现场设备的数据交换的通讯网络。一个系统最多可以有126个节点，数千个模拟量和数据量。其网络中的每一段内最多32个节点，两个中继器之间为一段。在给定速率下，每一段长度必须在要求的最大长度之内。
　　其不同的通讯速率对应的每段长度及中继器的数量见下表：
　　                           
　　根据上表，结合输送工程的特点，从性能，价格比考虑，每段通讯距离在400—1000m之间，采用ProfibusDP现场总线的通讯速率可达187，5kbps，中继器一般设置在MCC室的PLC控制柜内。
　　从电气自动化的角度来看，大型输送工程的特点是：（1）培备较分散；（2）输送机设备保护和操作信号(两度跑偏、胶带打滑、纵向撕裂、料流检测、洒水、启动预告等)占有大部分的I／O点数；（3）为增加输送量。二期工程可能沿一期工程增加并行的单项工艺流程，由此会增加相当规模的控制I／O点。
　　根据以上情况，非常适合于现场总线技术新设备的应用。其控制方案为：在现场采用现场总线模块、在输送系统主控室设置集中PLC、各低压供配电MCC室等处使用具有现场总线通讯接口的远程I／O的控制方案。
　　该方案优点在于：(1)输送机设备的各种保护信号，在现场接入现场总线模块，减少了大量输送机设备保护连接电缆，同时，由于大多数现场总线模块连接在集中PLC和远程IdO之间的线路上，总线电缆增加不多；(2)由于大部分的I／0点数，在现场已经通过总线模块接入控制系统，大大减少了MCC柜与集中PLC柜或远程I／0柜的连接点，便于系统维护；(3)系统扩展时，现场增加的I／O点数，可通过总线模块就近接入原有控制总线，大大减少了后续工程费用，并避免系统扩展时，影响主控室操作站人员的工作。
　　现场总线模块设备，推荐采用TURCK公司ProfibusDP现场总线模块，它为最恶劣的工业环境而设计，具有IP67防护等级，采用灌封防止机械拉伸和振动，使用快速接插件连接方式，使安装和更换更加快捷。同时避免误接线的发生。连接采用金属接插件。具有强大的自诊断功能。自动识别和调整波特率与主站一致。输出采用辅助电源供电，确保总线通讯不受负载的影响。其PDP系列产品具有I／O短路点诊断和点保护功能。
　　2.2基于TCP／IP协议的网络技术和基于WWW协议的Web技术的应用现代工业生产过程综合自动化控制系统基本上都是以计算机监控和过程数据采集系统(SCADA)来概述的。SCADA不仅代表了现代工业生产过程综合自动化应用的必然趋势，同时也表示了比仪表自动化行业传统的DCS和过程自动化行业传统的PLC技术水平更先进的概念。但工业控制领域的专家追求的目标，是要实现“企业综合自动化”为目标的“管控一体化”工业流程生产集成。这就需要解决各种所谓技术标准性问题、用户程序可移植性问题、系统功能可伸缩性问题、控制设备互操作性问题等等。
　　3结语
　　进入20世纪90年代以来，基于Intemet的Web应用技术爆炸性的发展，同样也引发了工业控制领域深刻的技术变革。以在全球范围内得到广泛而深层次成功应用的基于TCP／IP协议的网络技术和基于WWW协议的Web技术为基础，组成“企业综合自动化”的企业管理信息系统(MIs)和企业生产过程SCADA，实现了企业“管”、“控”数据流之间无缝连接。
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