引言

隨著環保及安全生產形勢的日益嚴峻，投產于2008年的金隅冀東水泥西南區域某公司的煤堆取料機由于其建成較久、地理位置環境較潮濕、運行環境惡劣、粉塵大、控制柜密閉性差等原因，電氣柜內粉塵對元件運行可靠性和壽命造成巨大影響，同時響應當地環保與安全管理部門要求，現提高煤堆取料機運行的可靠性成了重中之重，需要對其進行升級改造。

目前某水泥煤堆取料機或其他設備使用的大部分電控系統，都是采用傳統空開+接觸器控制方法來控制電機的啟停，建設初始時可能布線縝密，但調試時難免對線路進行調整，尤其是發生故障、檢修后無法恢復至初始狀態，導致電氣柜內線路繁雜，因此很容易發生線路故障；同時對電機的監測參數單一，只能監控一些斷路器分合狀態、接觸器吸合狀態信號等開關量信號，對電機電流等重要運行狀態參數不能實時監測，也不能及時有效地進行故障預警和生產工藝調整。對此，我們采用SIMATICET 200AL分布式I/O系統對堆取料機電控系統進行了改造設計，以下作一介紹。

以SIMATICET200AL分布式I/O系統為例，分布式I/O是一個可擴展的、高度靈活的分布式I/O系統，用于通過現場總線將過程信號連接到上一級控制系統。易于使用，其接頭采用了不同的顏色編碼，可以輕松的完成設備間的連接。適用于狹小空間、移動式應用中的裝配和處理技術。由接口模塊(PROFINET/PROFIBUS)、數字量和模擬量I/O模塊、通信模塊組件構成。借助其可擴展的結構，用戶可以根據自己的現場需求精確自定義具體組態。防護等級為IP65/IP67。

帶有PROFINET接口模塊的SIMATICET 200AL分布式I/O系統的組態示例見圖1。

圖1 分布式I/O系統的組態示例

2.1 設備老化問題的針對性設計

該水泥廠由于建成年代較遠，許多設備已老化。對此我們將所有設備的驅動采用基于總線技術的分布式驅動，各種傳感器、限位開關的信號采集使用防護等級IP67的SIMATIC分布式I/O模塊，采用基于PROFINET介質冗余協議（MRP）環網結構。電控系統的主要元件支持MRP協議。

2.2 水泥廠環境惡劣，數據單一

對此水泥廠環境惡劣，數據單一的問題，我們對原控制室電控柜內一次回路、控制回路和PLC控制元件進行重新布置，采用總線技術進行傳感器數據采集和設備驅動，減少輸入、輸出繼電器和接觸器，大大減少各種接線，同時豐富監測參數；采用高防護等級的分布式模塊，在提高整個電氣系統運行可靠性的基礎上豐富和完善設備運行狀態監測參數，降低設備故障率，減少運維工作量和成本。網絡拓撲圖見圖2。

圖2 網絡拓撲圖

（1）懸臂皮帶I/O單元。由皮帶機保護傳感器、料位控制檢測傳感器組成，主要配置一般分布式I/O模塊，再分配一面I/O控制柜，控制柜防護等級IP65。

（2）回轉電機控制單元。由回轉電機、強制潤滑泵電機、回轉抱閘組成，配置專門針對環境惡劣的防護等級達到IP65的變頻器以及高性能的SIMAT⁃IC分布式I/O系統，防護等級高達IP67，再分配一面I/O控制柜，控制柜防護等級IP65。

（3）干油潤滑單元。由上支承干油泵、中部支承干油泵、外齒輪干油泵組成，配置專門針對環境惡劣的SIMATIC分布式I/O系統，其防護等級高達IP67，再分配一面I/O控制柜，控制柜防護等級IP65。

（4）液壓系統單元。由變幅泵、油冷卻電機、液壓站傳感器組成，主油泵配置高性能總線軟起動器，其余設備配置專門針對環境惡劣的高性能分布式I/O系統，防護等級高達IP67，分配一面I/O控制柜，控制柜防護等級IP65。

（5）行走控制I/O單元。由工作行走電機、調車行走電機、行走抱閘組成，配置專門針對環境惡劣的防護等級大道IP65的變頻器以及高性能的SIMAT⁃IC分布式I/O系統，防護等級高達IP67，分配一面I/O控制柜，控制柜防護等級IP65。

SIMATIC分布式I/O系統具有體積小、接線簡單、放線成本小，美觀度高、功能更豐富的特點，離散型模塊化的系統，高度靈活的DP從站，用于連接中央控制器或現場總線上的過程信號，特別適合用于需要電機啟動器和安全裝置的開關柜，支持現場總線類型PROFIBUSDP和PROFINETIO，這些也為后期公司智能工廠建設打下網絡基礎。

（1）可靠性。基于PROFINET介質冗余協議（MRP）環網結構，介質冗余結構典型重新組態時間為200ms，顯著提高了設備的可用性，因為單個設備的故障對通信沒有影響；在發生網絡故障時，可以進行快速的網絡診斷并加快故障排除。

IP65（I/O柜）+IP67（元件）的雙重防護，大大降低柜內粉塵對元件的影響。

（2）先進性。設備全部采用基于PROFINET現場總線的分布式驅動技術進行設備控制和狀態參數采集。極大的減少柜內布線，豐富數據采集內容，是目前最先進的工業控制系統。

（3）防爆設計的優化。尤其是在煤的堆取料機上或防護要求高的易燃易爆物的堆取料上，采用防爆電控柜，符合可燃粉塵環境GB12476.1-2000標準中的規定的21區、22區使用規定。

通過這種方式改造，能夠使設備穩定性和可靠性大幅提高，降低維護工作量及運維成本，同時也滿足當地環保與安全管理部門要求。

作者：陳中華

來源：《唐山冀東裝備工程股份有限公司》

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