SST PROFIBUS模块在连续卸船机上的通讯应用

许益民（西门子工厂自动化工程有限公司，上海 200030）

SST PROFIBUS模块在连续卸船机上的通讯应用

许益民（西门子工厂自动化工程有限公司，上海 200030）

本文介绍了一种采用SST PROFIBUS模块作为扫描模块实现不同品牌控制系统通讯的方法,成功地在连续卸船机上实现了Rockwell公司RSlogix5000系列PLC系统和Siemens公司变频器驱动系统之间的通讯和数据交换。

连续卸船机；SST PROFIBUS模块；GSD；PROFIBUS通讯

1 连续卸船机项目简介

连续卸船机是利用某种连续输送机械（比如链斗）来提升散粒物料的机头，或兼有自行取料能力，或配以取料、喂料装置，将散粒物料连续不断地提出船舱，然后卸载到臂架或机架并能运至岸边输送机系统的专用起重机。本项目应用在电厂码头，采用链斗式结构连续卸船机，其主要由链斗提升机、提升机旋转机构、悬臂带式输送机、悬臂俯仰机构、悬臂旋转机构、大车行走机构、给料机等组成。为满足将煤炭从散货船上接卸并转运到码头带式输送机上，链斗提升机采用“L”型取料头，系链斗取料和提升合一形式的链斗提升机，提升机装置在圆筒壳体内。“L”架上有一套回转机构，可使提升机作360度全回转。“L”架与悬臂架、平衡梁和转柱组成四连杆形式，通过转柱下部与平衡梁后部的连接油缸的伸缩，使提升机上升或下降。悬臂架上布置有带式输送机，提升机通过圆形给料器将物料卸至带式输送机上，再由带式输送机卸入门架中心煤斗，经过中心煤斗下部除大块装置，大于300mm的块状物料被分离出来，其余由底部皮带给料机分别将物料卸到码头两条带式输送机中的任意一条上。门架四个支腿上各装有一套行走驱动机构。

2 控制系统描述

本项目因电厂客户采购需求，大车行走机构、链斗、给料回转等驱动方式均采用西门子交流变频驱动，所有西门子变频器放置在电气房内，而上位机和主PLC采用Rockwell RSLogix5000系列，PLC系统用于操作控制，状态监测，主机、液压系统及电气系统的故障显示，自动报警及监控联锁装置与安全装置。PLC系统配备了控制机构与闭锁PLC的编码通讯系统，可对来自连续卸船机外部的控制信号设备和变频器的所有外部控制信号进行编程通讯和监控。另外该PLC系统利用以太网通讯协议与控制室进行数据交换和信号通讯。驾驶控制室安装在回转悬臂架前端, 其室内的联动台对整个卸船机进行启停操作，并且还可以通过携带式手提遥控器在甲板上对整个卸船机进行无线电遥控操作。

控制系统由PLC控制，此系统由模块化的I/O模块（输入/输出）的可分布式通讯设备构成。设备以太网通信回路方面主要有两路通讯构成：一路是ControlNet回路，用于1794系列I/O模块和HMI Panel View 1000；另外一路是PROFIBUS通讯回路，用于与西门子变频系统、编码器、无线遥控器、弯曲保护放大器、皮带称电子设备等设备通讯。控制系统结构如图1所示。

图1 PLC系统控制框图

3 连续卸船机SST PROFIBUS设备通讯结构

PROFIBUS DP是一种成熟的开放式现场总线标准，不需要对其接口进行特别调整就可以通信。其在工业应用有如下优点：

（1）安装容易，模块化结构，体积小，节省空间，即插即用。

（2）接线简单可靠，抗振动，免维护。

（3）功能齐全；能适应多种现场总线通讯方式及串行口通讯；包含有适用于各类信号的开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块，继电器模块，计数器模块，电源模块，第三方接口模块等。

（4）防护等级高，可达IP65防护等级，能适应工业现场总线系统的现场环境。

鉴于以上PROFIBUS网络通讯优点，所以本项目设计采用SST Profibus模块作为以太网网关，实现不同厂商网络设备之间的连接。它在逻辑上被组态为一个主站，周期性地查询作为从站的西门子设备和第三方设备的数据，或者将相应所需数据传送到这个从站，同时从站的数据也可以反馈给主站，从而达到各不同设备之间交换数据的通讯目的。

图2 SST-PFB逻辑控制框图

此方案包含了一个从ControlLogix CPU到PROFIBUS网络的连接；该连接是在SST PROFIBUS模块的帮助下完成的。该模块是由第三方供应商(SST Woodhead)提供的插入模块，安装在AB ControlLogix CPU机架中。该模块自身作为一个I/O模块连接到ControlLogix CPU；在PROFIBUS一侧，该模块作为一个主站工作，轮询各个从站。在这种情况下，设备之间所进行直接数据交换，具体如图2所示。

本项目中西门子变频器作为一个智能从站，与SST PROFIBUS模块进行数据交换，数据在过程映像之间相互传送。本项目这种解决方案的优势在于它的简单性和耐用性，并且对将ControlLogix CPU连接到它的I/O设备的网络没有任何限制要求。

本项目连续卸船机SST PROFIBUS设备通讯设计图如图3所示：

图3 SST PROFIBUS设备通讯设计图

4 现场SST PROFIBUS通讯设备组态调试

在SST PROFIBUS通讯设备模块调试前需要做好前期准备工作，因为前期准备工作不充分，会导致PROFIBUS通讯故障的发生。整个PROFIBUS回路连接设备达十几个，如果其中某一个设备通讯有问题，会影响其它设备的正常工作。而PROFIBUS通讯故障主要原因有接线松动，通讯接头损坏，通讯组态文件损坏，就地设备损坏，以及电磁干扰问题等。所以调试前有必要检查PROFIBUS DP电缆连接的可靠性，供电电源的正确性，EMC系统是否安全连接，终端电阻是否连接好等问题。

准备工作充分后，开始SST PROFIBUS通讯设备组态调试，其步骤如下：

首先对处理器上电，并将开关置于REM PROG位置，SST模块上的COMM和SYS灯会交替闪烁，说明SST模块在组态模式；

（1）进行SST PROFIBUS软件的安装，打开SST PROFIBUS软件。

（2）进行SST PROFIBUS Configuration的配置。进行主站Master配置，主站地址和模块拨码开关设定地址一致，系统设置为 PROFIBUS 主站，地址 0（如图4所示）。

（3）从站 GSD 文件导入，添加从站Slave，地址和模块拨码开关设定地址一致，打开属性，设置好通讯接口和波特率，如图5所示。

图5 通讯接口和波特率设置图

(4)配置完成后进行SST-PFB程序的下载。

(5)在线和诊断，将处理器设置为RUN模式，判断PROFIBUS网络是否畅通变绿。

如图6所示，本项目PROFIBUS 通讯ALL OK，可以进行主PLC和网络设备通讯了，调试完成后连续运行正常。

图6 SST PROFIBUS通讯allok图

5 连续卸船机SST PROFIBUS模块通讯故障处理方法

由于项目现场处于雷暴地区，根据国家规范GB50057《建筑物防雷设计规范》和JGJ46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》，高度大于15米以上的设备或者临时起重机施工设施由于雷击的可能性比较大必须采用避雷针，并将相关起重机下部机械结构连接到接地装置上。

在雷暴季节，需要酌情关停连续卸船机系统，同时需要连续卸船机电气系统采用安全可靠的防雷与接地措施，否则会导致PROFIBUS 网络设备出现损坏或通讯异常。

雷暴过后的连续卸船机需要及时点检检查各个网络设备，更换损坏设备或电缆。而SST PROFIBUS通讯故障从如下几种方面去找解决办法：

（1）终端DP头损坏；

（2）EMC接地不理想；

（3）二次调试终端电阻设置错误；

（4）更换DP头后接线不牢；

（5）硬件配置和从站号设置问题；

（6）波特率设置问题。

现场调试各网络设备情况表明，以上对应问题都可以一一解决。

而对于连续卸船机SST PROFIBUS模块的EMC安全要求，根据现场情况需要注意如下几点：

（1）因为施工原因，通讯电缆与动力驱动电缆同时敷设在一个盖板上，未有独立的屏蔽盖板层。电厂后续连续卸船机电气大修改造时布线应该尽量绕开有高频干扰的设备（变频器等），且不要和强电电缆一起敷设，即DP通讯电缆需要单独采用敷设。

（2）DP通讯接地不能与强电设备共地，避免地线带感应电的干扰。

（3）卸船机DP通讯都是DP电缆敷设，如果条件允许，附近又有较多干扰源，可以考虑选用光缆传输。

（4）接地线与设备的连接应采取防松和防锈措施。

6 小结和发展前景

SST PROFIBUS通讯模块在连续卸船机上的通讯解决方案采用严格的设计以达到最高的信号和功率完整性水平，并在复杂的工业自动化网络中实施现场总线协议方面发挥着重要作用。PROFIBUS是标准化的开放式网络通信系统，可让包括传感器、变频器和PLC在内的所有自动化装置通过单一总线相互通信。随着工业4.0的推广和PROFINET产品的发展，未来SST以太网通信模块和扫描器高效集成PROFINET，可以实现远程通信、控制和网络接入监控，用于工厂自动化、过程控制和复杂机器应用。

SST PROFIBUS Module Communication Application in Continue Ship Unloader

The article introduces a different controller communication mode by taking the SST Profibus module as the scanner. The communication and data interchange have been realized between the Rockwell Rslogix 5000 Serial PLC and the SIEMENS Converter drive system in the Continue Ship Unloader Crane. Key words: CSU; SST PROFIBUS module; GSD; PROFIBUS communication

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1003-0492(2015)06-0090-03

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许益民（1976-）, 男 ，江西吉水人，主任设计师，硕士，主要研究方向为工业电气自动化和控制工程。