1引言

由尖銳的物體引起的輸送帶或縱向槽各段之間的拼接問題很容易導(dǎo)致散裝物料搬運(yùn)或采礦業(yè)中使用的設(shè)備嚴(yán)重受損。為了在早期階段確定此類問題，并避免經(jīng)常性的相關(guān)維修產(chǎn)生巨大費(fèi)用開銷，ContiTech和ContinentalEngineeringService公司共同開發(fā)了兩套輸送帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)需要非?？焖佟⒏呔鹊赜涗浐吞幚韨鞲衅鲾?shù)據(jù)。Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術(shù)提供了一個(gè)高效的解決方案。

在婆羅洲，ContiTech輸送系統(tǒng)用在露天煤礦中，用于裝載運(yùn)輸船只

ContinentalEngineeringServices（CES）公司總部位于德國(guó)法蘭克福，自2006年起，就一直是一家獨(dú)立的工程服務(wù)供應(yīng)商。CES與總部位于德國(guó)諾特海姆的ContiTechTransportbandsysteme公司一起開發(fā)了兩套不同的ContiProtect系列電子輸送帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它們可以集成在由ContiTech公司出售的輸送系統(tǒng)中。這兩套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測(cè)試完全符合汽車行業(yè)所需的標(biāo)準(zhǔn)。

第一套系統(tǒng)被稱為SpliceElongationMeasurement（SEM），它可以檢測(cè)最厚為10厘米、寬4米、長(zhǎng)10公里的輸送帶各段之間嚴(yán)重的拼接問題。最新開發(fā)出的第二套系統(tǒng)叫做BeltRipDetection（BRD），它可以在早期階段就檢測(cè)出輸送帶中的縱向裂痕。這兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在緊急情況下會(huì)讓輸送帶停止運(yùn)行，如果有需要，ContiTech的工作人員也能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行維護(hù)。這樣，就可以優(yōu)化運(yùn)行成本、提高系統(tǒng)利用率并減少事故風(fēng)險(xiǎn)。

婆羅洲現(xiàn)場(chǎng)：ContinentalEngineeringServices公司的工業(yè)解決方案部門的HansChristianEnders站在BRD系統(tǒng)的控制柜旁

2可靠地捕捉輸送帶高速運(yùn)行時(shí)的測(cè)試信號(hào)

這兩套系統(tǒng)都基于電磁感應(yīng)效應(yīng)。在BRD系統(tǒng)中，導(dǎo)體回路被硫化到輸送帶中。它們傳輸了一個(gè)發(fā)射器和接收器之間的高頻測(cè)試信號(hào)。如果這樣一個(gè)回路被損壞，接收器端的信號(hào)接收也會(huì)失??；系統(tǒng)控制檢測(cè)到這一情況并自動(dòng)讓輸送帶停止運(yùn)行。這樣能夠在輸送帶運(yùn)行期間可靠地檢測(cè)出一些監(jiān)測(cè)點(diǎn)上新出現(xiàn)的縱向裂痕，即使在輸送帶全速運(yùn)行情況下。SEM涉及到精確的接頭長(zhǎng)度測(cè)量，這些接頭用來連接重達(dá)40噸的輸送帶各段。接頭中的鋼帶產(chǎn)生感應(yīng)效應(yīng)。

對(duì)于SEM，測(cè)量點(diǎn)數(shù)量通過輸送帶段的數(shù)量確定，一般在50左右。對(duì)于BRD系統(tǒng)，應(yīng)每50米提供一個(gè)導(dǎo)體回路，雖然在某些情況下，根據(jù)不同的應(yīng)用，它們可能相隔100到200米。輸送帶速度最高可達(dá)40公里/小時(shí)，因此對(duì)數(shù)據(jù)采集和采樣率有很高的要求。BRD每秒鐘記錄約2000個(gè)值，SEM每秒鐘最多可記錄400,000個(gè)值，考慮到不可避免的輸送帶振動(dòng)，可以高精度測(cè)量遠(yuǎn)小于1毫米的長(zhǎng)度。

BRD系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器記錄由發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)以及輸送帶速度

3控制技術(shù)必須快速、精確、具有良好的魯棒性

SEM已經(jīng)借助Beckhoff基于PC的控制技術(shù)滿足2010年來對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的巨大需求。CES工業(yè)解決方案部門的HansChristianEnders解釋道：“最重要的是EtherCAT技術(shù)的使用，它能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊，直達(dá)I/O級(jí)。XFC中的分布式時(shí)鐘和時(shí)間戳功能構(gòu)成了極精確的數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。由于我們通過SEM積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，我們決定在BRD系統(tǒng)上也使用倍福的技術(shù)。”

他們的技術(shù)不僅具有出色的性能，而且具有很好的魯棒性，HansChristianEnders繼續(xù)說道：“這么多年，在最困難的時(shí)候，我們一直使用倍福的技術(shù)，包括高級(jí)別EMC、粉塵和振動(dòng)載荷、大范圍溫度波動(dòng)及高濕度條件。我們從來沒有出現(xiàn)過技術(shù)問題。例如，在智利一個(gè)海拔為3000米的銅礦場(chǎng)中，控制系統(tǒng)直接安裝在暴露于極端溫度條件和顆粒物的區(qū)域中。此外，系統(tǒng)不僅在IP67級(jí)控制柜內(nèi)，而且在暴露的外部環(huán)境中都通過了這項(xiàng)耐久性測(cè)試，因?yàn)殚T經(jīng)常一連幾個(gè)星期都是開著的。BRD系統(tǒng)也經(jīng)得起極端溫度和高濕度，如在婆羅洲的一個(gè)露天煤礦中。適合控制柜安裝的面板型PCCP6202前面板防護(hù)等級(jí)為IP65，非常適合應(yīng)用于這類極端環(huán)境條件，即使是在清洗時(shí)或大型多兆瓦級(jí)驅(qū)動(dòng)造成的EMC載荷。”

概覽

輸送系統(tǒng)解決方案

可靠的輸送帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為客戶帶來的好處

優(yōu)化系統(tǒng)可用性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)

PC控制結(jié)構(gòu)

–EtherCAT：高性能數(shù)據(jù)通訊，也可選擇通過光纖電纜實(shí)現(xiàn)

–XFC:通過分布式時(shí)鐘、時(shí)間戳和超采樣功能實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)處理

–TwinCAT：通過用戶友好的示波功能實(shí)現(xiàn)高效工程

高速數(shù)據(jù)通訊，快速實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)

帶15英寸觸摸屏的面板型PCCP6202用于裝有TwinCAT自動(dòng)化軟件和TwinCATPLCHMI的控制系統(tǒng)。I/O層采用的是EtherCAT端子模塊，包括具有超采樣功能的XFC模擬量輸入端子模塊EL3702。特殊的超采樣數(shù)據(jù)類型能夠在一個(gè)通訊周期內(nèi)多次掃描過程數(shù)值并在傳輸一個(gè)數(shù)組中的所有數(shù)據(jù)。超采樣因子是指一個(gè)通訊周期內(nèi)的采樣數(shù)量。

在輸送帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，超采樣值為100，即每毫秒周期時(shí)間100個(gè)采樣。這使得它可以傳輸大量數(shù)據(jù)—對(duì)于BRD和SEM系統(tǒng)，分別為每秒鐘2000和400,000個(gè)信號(hào)—到處理速度超高的工業(yè)PC。HansChristianEnders提到另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“EtherCAT通訊系統(tǒng)不僅功能非常強(qiáng)大，它也支持通過光纖電纜通訊。對(duì)于我們來說，這是特別重要的，因?yàn)槲覀兊囊恍┰O(shè)施的測(cè)量點(diǎn)可能是幾百米以外的控制柜。”

速度也在SEM的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。對(duì)于第一套系統(tǒng)，公司只用了半年時(shí)間，包括傳感器的開發(fā)。HansChristianEnders繼續(xù)說道：“TwinCAT對(duì)我們的幫助頗多。由于具有高效的編程接口和現(xiàn)有軟件組件或功能塊的使用，我們能夠大大縮短開發(fā)時(shí)間。其它好處包括使用TwinCAT示波功能簡(jiǎn)化故障排除工作，能夠?qū)崿F(xiàn)單步調(diào)試和用戶友好的曲線顯示和信號(hào)分析。通過這種方式可以快速驗(yàn)證正確的硬件安裝，這在調(diào)試過程中是一個(gè)特別重要的因素。”

發(fā)射裝置和配備有SEM的兩個(gè)輸送帶段的接頭

4可擴(kuò)展性和控制系統(tǒng)的開放性

除了基于PC的控制技術(shù)的速度和實(shí)時(shí)性，CES也從可擴(kuò)展性和系統(tǒng)的開放性中受益，正如HansChristianEnders解釋的那樣：“控制技術(shù)可以很輕松地滿足各客戶的需求。例如，它可以通過適當(dāng)?shù)腎/O端子模塊非常簡(jiǎn)單地集成一個(gè)基于PROFIBUS或CAN的客戶端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理所需的EtherCAT通訊方面沒有任何限制。”

從本質(zhì)上說，基于PC的控制技術(shù)還利用IT技術(shù)展示了系統(tǒng)的開放性。例如，可以使用成熟的工具（如TeamViewer）毫不費(fèi)力地對(duì)安裝在全球各地的輸送系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。這樣可以顯著節(jié)省時(shí)間和行程成本。通過TwinCATSMTP服務(wù)器，可以集成用于測(cè)量點(diǎn)視覺監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。HansChristianEnders看到了未來的更多潛力：“通過移植到TwinCAT3中，VisualStudio®中的集成也將為我們帶來很大益處。在我們開始使用TwinCAT3之前，用這一開發(fā)工具寫的第一個(gè)應(yīng)用程序已經(jīng)存在。我們將它用在我們的工業(yè)雷達(dá)傳感器中，使得這一解決方案更加高效和有價(jià)值，而我們也將進(jìn)一步擴(kuò)大使用TwinCAT3。”