摘要：远程集散控制系统是指分布在多个距离较远地点的设备，通过远程通信网络交换数据而构成的控制系统。实现远距离设备之间的通信是远程控制系统的核心问题之一。胶带运输机是水泥厂、煤矿等运送矿石、煤炭等材料的重要设备。长距离、多胶带运输机大多由安装在不同地点的多台电机同时拖动，控制系统要考虑到实时通信、胶带的松紧度、胶带跑偏、电机的软起动、系统参数的实时监控等关键问题，自然形成一个分散控制系统。基于此，本文主要对胶带运输机集散电气控制系统进行分析探讨。
关键词：胶带运输机；集散电气；控制系统
1、前言
调制解调器(MODEM)采用频移键控(FSK)调制方式通信。发送时把数字信号调制为一定频率的模拟信号，利用低频模拟信道传输，接收方再把模拟信号解调为数字信号。应用MODEM实现远程通信，具有造价低、性能好、易实现的优点。本文利用MODEM实现多个控制器的远程互连，基于DF1通信协议，实现了11km长多胶带运输机远程集散控制系统，给出了系统的控制方案。
2、胶带运输机集散电气控制系统
本系统使用胶带运输机从采场地表破碎站运送煤炭到储煤仓，从采场地表3#破碎站到露天矿3#储煤仓整个胶带运输系统全程距离11km，分为AB、BC、CD三条胶带，A、B间距5500m，B、C间距5300m，C、D间距400m。A点有两个储煤仓)，每个（仓）通过1台给煤机向输送带上送煤。D点也有2个储煤仓，通过1条1个电机驱动的短胶带实现两个仓之间的切换。2条长胶带各采用5台绕线型160kW电机双端驱动，头部3台，尾部2台，都采用转子串水电阻起动方式。CD段胶带只用1台电机，采用鼠笼型电机，Y-△起动方式。A、B、C、D点各有1台收尘器。CD段胶带采用重锤张紧方式，2条长胶带都采用自动张紧机构，控制1台张紧电机，通过正、反转而把胶带拉紧或放松。
考虑到各点的自然环境等因素，在A、B、C、D各设一个控制站，在C点设置总控室，放置一台工控计算机，控制系统的起动、停机及运行模式的切换，监视全系统的各个设备状态及其参数，包括各台电机的电流、各条胶带的运行速度等。我们采用A-B公司生产的小型可编程逻辑控制器SLC500系列产品作为控制器。该系列提供2种协议：DF1通信协议和DH-485通信协议。
DH-485通信网络基于总线结构，最多可以连接32个站点，通信距离可达1200m，采用主从协议，支持多个主站。主站是激励者，从站是响应者，每个网络至少要有一个激励者，才能建立网络通信。如果有多个主站，则采用令牌传递方法，持有令牌的主站才能向网络发送信息包，当该站传输完数据后，把令牌传送到下一个主站，最后返回到0#站点。增加或删除一个节点，不影响网络上其它节点的运行。D点与C点的通信距离只有400m，可以通过DH-485网络实现C点控制器、D点控制器以及监控计算机之间的通信，构成控制子网。
DF1通信基于RS-232接口，可以与MODEM实现物理连接，支持全双工和半双工两种协议。DF1半双工主从协议基于交换网络组成多点网络，采用单主站、多从站的通信。主站通过轮询方式实现与从站的通信，从站以响应的方式传送数据到主站，等到一个从站要传输的数据全部传输完毕后，主站才开始和下一个从站通信。主站提供从一个从站到另一个从站的通信路径。
全双工协议基于点─点通信，只能实现两个站之间的通信，不能实现多点通信。该协议支持两个设备在两个方向上同时进行传送。进行信息交换的两个数据终端设备(DTE)都作为“终点设备”，即所接收的信息不会再传送到其它站，忽略信息的来源和目的。但在发送方，每次发送信息包都会加上自己和对方的站号。
本系统中，A、B之间以及B、C之间的距离都在5000m以上，驱动同一条胶带的5台电机分布在相距5000m以上头部和尾部，必须实现头部和尾部之间可靠的、连续的数据通信以保证命令、状态信息的正确传送。如此长距离的通信不能使用DH-485总线网络，要采用DF1协议通过MODEM才能实现。
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与DF1两种通信协议相对应，MODEM可以通过交换网络、专线两种方式建立通信连接。在前一种方式下，DF1半双工主站MODEM必须通过交换网络依次拨号到各个从站的MODEM。这一通信连接的撤除、拨号建立的过程所需要的等待时间，是本系统不能容忍的，特别是同一条胶带的头、尾两端信息交换要求连续可靠通信。故在2条长胶带的头部、尾部各设一个MODEM，使用点对点的DF1全双工通信，这种通信方式的优点是只在系统上电时拨号建立头、尾两只MODEM之间通信连接，运行过程中不需要再进行拨号连接，能够保证连续的数据通信。
B点有两个MODEM，一个作为AB胶带的头部，另一个作为BC胶带的尾部，AB段、BC段两个DF1全双工点对点通信网络在这里进行链接，采用两个DH-485/DF1网桥，通过DH-485网络实现两个DF1网络的链接。在C点，应用一个DH-485/DF1网桥实现BC段的DF1网络与CD段DH-485子网互连。
MODEM必须被设置为专线方式工作。通过标准AT命令能对MODEM进行配置和控制，为防止数据在传输过程中被当作AT命令，保证数据传输的透明性，把MODEM设置在非智能方式下工作，此时传输中MODEM从终端设备接收到的数据不作为AT命令都作为数据传输到电话线上。在专线非智能方式下，把头部的MODEM设为主叫方，上电时主叫方会自动发出呼叫信号到电话线上，尾部MODEM设为自动应答方，上电后它会始终监测电话线，一旦监测到呼叫信号，立即自动发出应答信号，双方建立通信连接。运行时，A点的状态信息由A点的PLC采集后使用DF1协议经由AB段一对MODEM到B点，通过B点网桥转换为DH-485协议到达DH-485网络上的B点PLC，然后经B点另一个网桥用DF1协议以及BC段的另一对MODEM和C点网桥转换为DH-485协议，最后到达C点PLC与监控计算机。另一方面，D、C点状态以及工控机的命令按相反的顺序传送到A点的PLC。
3、系统软件设计
整个集散控制系统设计为手动、自动运行方式。在手动模式时，既可以实现全机联动，也可以实现AB、BC、CD段分别单独运行，以便调试与检修。在自动运行模式下，监控计算机与各点PLC实现系统的起动、停机、联锁、故障监测和定位、状态监测和显示，当监控计算机故障或检修时，各点PLC可以脱离监控计算机独立运行，提高了系统的可靠性。每条胶带有系统运行和单机运行两种方式：单机运行方式下，不与上下游设备构成联锁；系统运行方式下，与上下游设备必须有联锁功能。
监控计算机显示、打印各个设备状态以及被监测参数的数值和
变化曲线，发出系统起动、停机、选择D点料库、选择A点给料机、调试等命令。各站控制器负责该站内的所有设备的控制以及监测范围内的参数，并把所监测的数据传送到C点监控计算机上。
系统的起动顺序为D点入库胶带、CD段胶带、BC段胶带、AB段胶带、A库给料机，系统停止顺序与上述过程相反。运行中如果某设备故障，则要同时停止其上游设备，但不停下游设备。
长胶带的起动过程分为几个步骤：发出起动预报，张紧胶带到要求的张力，起动头部1#电机和尾部4#电机，延时15s，起动头部2#电机和尾部5#电机，延时15s，起动头部3#电机，起动完毕后放松胶带到运行张力。尾部电机的起动、停止命令由头部控制器给出，通过通信传送到尾部，由尾部的控制器执行。胶带张力调节的要求是：当胶带处于不同状态时使胶带处于不同的张力值。起动张力>运行张力>停止张力，以保证起动时克服静态摩擦力，运行时胶带不打滑，停车后使胶带放松，提高胶带寿命。
4、结语
本文以MODEM和DF1协议实现DH-485子网的远距离联网，构成远距离集散控制系统，控制多胶带运输机，造价低，实现简单，可靠性高。
参考文献：
[1]王雪艳．基于PLC和工控机的监控系统设计[J]．煤炭技术，2012，31（1）：63-64．
[2]潘小东．PLC模糊控制在带式输送机控制系统中的应用研究[D]．太原：中北大学计算机与控制工程学院，2013．
论文作者:姜楠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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