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致散裝物料搬運或采礦業(yè)中使用的設備嚴重受損。為了在早期階段確定此類問題，并避免經常性的相關維修產生巨大費用開銷，ContiTech和ContinentalEngineeringService公司共同開發(fā)了兩套輸送帶監(jiān)測系統。這兩套系統需要非?？焖?、高精度地記錄和處理傳感器數據。Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術提供了一個高效的解決方案。

在婆羅洲，ContiTech輸送系統用在露天煤礦中，用于裝載運輸船只

ContinentalEngineeringServices（CES）公司總部位于德國法蘭克福，自2006年起，就一直是一家獨立的工程服務供應商。CES與總部位于德國諾特海姆的ContiTechTransportbandsysteme公司一起開發(fā)了兩套不同的ContiProtect系列電子輸送帶監(jiān)測系統，它們可以集成在由ContiTech公司出售的輸送系統中。這兩套系統的設計、生產和測試完全符合汽車行業(yè)所需的標準。

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

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

2可靠地捕捉輸送帶高速運行時的測試信號

這兩套系統都基于電磁感應效應。在BRD系統中，導體回路被硫化到輸送帶中。它們傳輸了一個發(fā)射器和接收器之間的高頻測試信號。如果這樣一個回路被損壞，接收器端的信號接收也會失?。幌到y控制檢測到這一情況并自動讓輸送帶停止運行。這樣能夠在輸送帶運行期間可靠地檢測出一些監(jiān)測點上新出現的縱向裂痕，即使在輸送帶全速運行情況下。SEM涉及到精確的接頭長度測量，這些接頭用來連接重達40噸的輸送帶各段。接頭中的鋼帶產生感應效應。

對于SEM，測量點數量通過輸送帶段的數量確定，一般在50左右。對于BRD系統，應每50米提供一個導體回路，雖然在某些情況下，根據不同的應用，它們可能相隔100到200米。輸送帶速度最高可達40公里/小時，因此對數據采集和采樣率有很高的要求。BRD每秒鐘記錄約2000個值，SEM每秒鐘最多可記錄400,000個值，考慮到不可避免的輸送帶振動，可以高精度測量遠小于1毫米的長度。

BRD系統通過轉數計數器記錄由發(fā)射器發(fā)出的信號以及輸送帶速度

3控制技術必須快速、精確、具有良好的魯棒性

SEM已經借助Beckhoff基于PC的控制技術滿足2010年來對數據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技術的使用，它能夠實現高性能的實時以太網通訊，直達I/Oç´š。XFC中的分布式時鐘和時間戳功能構成了極精確的數據采集的基礎。由于我們通過SEM積累了豐富經驗，我們決定在BRD系統上也使用倍福的技術。”

他們的技術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，在最困難的時候，我們一直使用倍福的技術，包括高級別EMC、粉塵和振動載荷、大范圍溫度波動及高濕度條件。我們從來沒有出現過技術問題。例如，在智利一個海拔為3000米的銅礦場中，控制系統直接安裝在暴露于極端溫度條件和顆粒物的區(qÅ«)域中。此外，系統不僅在IP67級控制柜內，而且在暴露的外部環(huán)境中都通過了這項耐久性測試，因為門經常一連幾個星期都是開著的。BRD系統也經得起極端溫度和高濕度，如在婆羅洲的一個露天煤礦中。適合控制柜安裝的面板型PCCP6202前面板防護等級為IP65，非常適合應用于這類極端環(huán)境條件，即使是在清洗時或大型多兆瓦級驅動造成的EMC載荷。”

概覽

輸送系統解決方案

可靠的輸送帶監(jiān)測系統

為客戶帶來的好處

優(yōu)化系統可用性，降低事故風險

PC控制結構

–EtherCAT：高性能數據通訊，也可選擇通過光纖電纜實現

–XFC:通過分布式時鐘、時間戳和超采樣功能實現高精度數據處理

–TwinCAT：通過用戶友好的示波功能實現高效工程

高速數據通訊，快速實現工程設計

帶15英寸觸摸屏的面板型PCCP6202用于裝有TwinCAT自動化軟件和TwinCATPLCHMI的控制系統。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。特殊的超采樣數據類型能夠在一個通訊周期內多次掃描過程數值并在傳輸一個數組中的所有數據。超采樣因子是指一個通訊周期內的采樣數量。

在輸送帶監(jiān)測系統中，超采樣值為100，即每毫秒周期時間100個采樣。這使得它可以傳輸大量數據—對于BRDå’ŒSEM系統，分別為每秒鐘2000å’Œ400,000個信號—到處理速度超高的工業(yè)PC。HansChristianEnders提到另一個優(yōu)點：“EtherCAT通訊系統不僅功能非常強大，它也支持通過光纖電纜通訊。對于我們來說，這是特別重要的，因為我們的一些設施的測量點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。對于第一套系統，公司只用了半年時間，包括傳感器的開發(fā)。HansChristianEnders繼續(xù)說道：“TwinCAT對我們的幫助頗多。由于具有高效的編程接口和現有軟件組件或功能塊的使用，我們能夠大大縮短開發(fā)時間。其它好處包括使用TwinCAT示波功能簡化故障排除工作，能夠實現單步調試和用戶友好的曲線顯示和信號分析。通過這種方式可以快速驗證正確的硬件安裝，這在調試過程中是一個特別重要的因素。”

發(fā)射裝置和配備有SEM的兩個輸送帶段的接頭

4可擴展性和控制系統的開放性

除了基于PC的控制技術的速度和實時性，CES也從可擴展性和系統的開放性中受益，正如HansChristianEnders解釋的那樣：“控制技術可以很輕松地滿足各客戶的需求。例如，它可以通過適當的I/O端子模塊非常簡單地集成一個基于PROFIBUS或CAN的客戶端數據結構，在實際數據處理所需的EtherCAT通訊方面沒有任何限制。”

從本質上說，基于PC的控制技術還利用IT技術展示了系統的開放性。例如，可以使用成熟的工具（如TeamViewer）毫不費力地對安裝在全球各地的輸送系統進行遠程維護。這樣可以顯著節(jié)省時間和行程成本。通過TwinCATSMTP服務器，可以集成用于測量點視覺監(jiān)測的網絡攝像頭。HansChristianEnders看到了未來的更多潛力：“通過移植到TwinCAT3中，VisualStudio®ä¸­çš„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)工具寫的第一個應用程序已經存在。我們將它用在我們的工業(yè)雷達傳感器中，使得這一解決方案更加高效和有價值，而我們也將進一步擴大使用TwinCAT3。”