一、  引 言

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 特別是控制技術(shù)，工業(yè)IT技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等普及應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化企業(yè)的工業(yè)過程控制要求越來越高,全自動(dòng)計(jì)量配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對(duì)配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開放性，免維護(hù)性，可擴(kuò)展性是各行業(yè)所追求的一致目標(biāo)。而西門子SIMATIC工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品正是符合當(dāng)今這一潮流的代表。

二、  項(xiàng)目簡介

在配煤煉焦生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種不同的精煤如：肥煤、氣煤、瘦煤、焦煤、貧煤等以適當(dāng)比例配合成混合煤稱之為自動(dòng)配煤過程，它是整個(gè)焦化生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量的焦炭、合理利用煤炭資源及生產(chǎn)成本控制具有重大意義。山西太鋼焦化有限公司（太鋼合資經(jīng)營企業(yè)─惠晉焦業(yè)）7.63米焦?fàn)t有著“中國第一爐”之稱，乃至亞洲最大焦?fàn)t，它屬于先進(jìn)環(huán)保的搗固焦?fàn)t，該工程由德國伍德公司提供焦?fàn)t技術(shù),負(fù)責(zé)初步設(shè)計(jì)，最終形成年產(chǎn)全焦115萬噸的生產(chǎn)能力，可確保太鋼300萬噸/年 不銹鋼生產(chǎn)所需優(yōu)質(zhì)鐵水對(duì)焦炭低硫高強(qiáng)度的要求，實(shí)現(xiàn)大型、高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標(biāo)，是太鋼實(shí)施全力打造全球最具競爭力的不銹鋼企業(yè)戰(zhàn)略步驟之一。為使焦?fàn)t煤料的配比更加準(zhǔn)確及系統(tǒng)可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤裝置智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，向企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源，為此在反復(fù)比較了當(dāng)今市場流行的自動(dòng)化方案優(yōu)劣基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品解決方案，由上海大和衡器有限公司進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成。

    焦化廠外景照

三、  系統(tǒng)工藝要求

1. 工藝概述

    每個(gè)儲(chǔ)煤槽中的單種煤通過圓盤給料機(jī)均勻地落到定量給料機(jī)皮帶上，稱量和速度信

號(hào)分別進(jìn)入到控制系統(tǒng)，經(jīng)過乘積運(yùn)算處理計(jì)算出實(shí)際給料量，將實(shí)際給料量與設(shè)定的給料

量不斷進(jìn)行比較輸出兩路PID控制信號(hào)，分別對(duì)圓盤給料機(jī)和定量給料皮帶機(jī)進(jìn)行雙變頻調(diào)速

控制，使之精確地以恒定的期望給料速率出料，保持每臺(tái)CFW給料流量的恒定，以確保所設(shè)定

總配比的要求。自動(dòng)配煤裝置實(shí)現(xiàn)24套圓盤給料機(jī)、定量給料機(jī)的順序起停、報(bào)警以及模擬

量的輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)的控制，完成不同原煤料混勻給料、煤比

計(jì)算及配煤流量控制并實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)與帶式輸送機(jī)的起停連鎖。圓盤及定量給料皮帶機(jī)原理

如圖1所示：

2.計(jì)量控制原理

    CFW定量給料機(jī)主要分為四大單元：稱重單元、皮帶測速單元、積算控制單元、

驅(qū)動(dòng)單元,其中稱重單元，皮帶測速單元，驅(qū)動(dòng)單元作為給料機(jī)的部件安裝在機(jī)械本

體上。

稱重單元主要由計(jì)量托輥和兩個(gè)應(yīng)變式荷重傳感器組成。稱重傳感器安裝在高精

度的平臺(tái)上，其測量出輸送帶上物料的單位長度重量；皮帶測速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動(dòng)滾筒的軸端，通過滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，以上重量信號(hào)（毫伏級(jí)）及脈沖信號(hào)分別傳送至積算控制系統(tǒng)。

其積算稱重原理如下所示：

Q：輸送量 (重量范圍 0～t1) (kg)

q：瞬時(shí)輸送量 (kg/min)

W：物料的單位長度重量 (kg/m) (載荷密度)

V：皮帶速率 (m/min)

 設(shè)輸送帶的運(yùn)行長度為[l]，輸送帶的速度為[v]，輸送帶運(yùn)行時(shí)間為[t],

其關(guān)系為l=vt

因此在輸送帶運(yùn)行了t1時(shí)間后，輸送帶的運(yùn)行長度為l1=vt1，

那么，輸送流量可用下列方程式表示：

給料機(jī)的輸送量為A，B，C三點(diǎn)所包圍的面積。

如下圖所示。

W = f (l) : 在任選的單位運(yùn)行長度 [l] 上的載荷密度

Wdl  : 在微小運(yùn)行距離(dl)上的輸送量

    上述表明：要計(jì)算獲得輸送量，需通過稱量傳感器檢測到煤流的單位長度的瞬時(shí)重量信號(hào)，同時(shí)速度傳感器檢測到速度脈沖信號(hào)。通過控制儀表將重量信號(hào)與速信號(hào)進(jìn)行乘積運(yùn)算，從而求得輸送量，并通過輸送量積算求得累積量。

3.工藝設(shè)備主要參數(shù)

物料粒度：         0～80mm

物料散密度：       800kg/m³

物料水分：         10～12％

物料溫度：         常溫

給料方式：         圓盤給料

皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)：     3.7KW 3φAC380V

圓盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)：     15KW 3φAC380V

軸端編碼器:        600P/R DC12V～24V     

給料機(jī)輸送帶寬度：       800mm

輸送機(jī)能力范圍：      10～100t/h

輸送機(jī)速度：         0.1m/s～1m/s

輸送機(jī)傾斜角度：        0℃

輸送機(jī)頭、尾滾筒中心距：  3m～3.5m

配料秤系統(tǒng)精度：         優(yōu)于0.5%

四、  控制系統(tǒng)構(gòu)成

1．系統(tǒng)總貌

整個(gè)自動(dòng)配煤裝置為生產(chǎn)現(xiàn)場無人化管理，所有的操作和監(jiān)視均在中央控制室中進(jìn)行，系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理方式，主要由兩套西門子S7-300PLC、兩套WINCC V6.0

監(jiān)控軟件及工控機(jī)、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺(tái)CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個(gè)基于TCP/IP 100M光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)。其中各關(guān)鍵裝置如：PLC、變頻器、調(diào)節(jié)控制器、分布式I/O之間數(shù)據(jù)傳輸采用Profibus-DP協(xié)議通訊方式，以確保高實(shí)時(shí)性和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，Profibus通訊速率最高可達(dá)12Mbit/S, 8個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線循環(huán)時(shí)間最快可至0.2ms，在全球制造業(yè)自動(dòng)化和流程工業(yè)自動(dòng)化的總安裝站點(diǎn)數(shù)已突破1千萬，比任何其它現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)高出許多，它的節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)量占有率目前穩(wěn)具全球第一，它是全球范圍內(nèi)目前唯一能夠以標(biāo)準(zhǔn)方式應(yīng)用于所有領(lǐng)域并貫穿整個(gè)過程鏈的現(xiàn)場總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的資源，具有高可靠性，強(qiáng)抗干擾能力和靈活的可擴(kuò)充性，可獨(dú)立完成對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，精度控制，監(jiān)控聯(lián)鎖。上位機(jī)WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI，通過操作畫面對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，報(bào)警，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警記錄、配方管理、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護(hù)，同時(shí)通過VBA編程實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表輸出、打印及預(yù)覽等功能。系統(tǒng)需要監(jiān)測重量、速度、位置、缺料、堵料、皮帶打滑、電機(jī)啟停、電流、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個(gè)模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點(diǎn),具有48個(gè)PID閉環(huán)控制回路和2套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)操作站。整套系統(tǒng)通過光纖交換機(jī)進(jìn)入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級(jí)管理網(wǎng)進(jìn)行銜接，達(dá)到管控一體化水平。自動(dòng)配煤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

    2．系統(tǒng)配置

   本系統(tǒng)24臺(tái)配煤秤分為兩個(gè)工藝段各為12臺(tái)，每個(gè)工藝段控制單元由1個(gè)S7-315-2DP CPU主站（含1個(gè)本地?cái)U(kuò)展主站）及2個(gè)ET200M從站、12個(gè)CFC-200及6SE70變頻器配帶CBP2從站所組成，兩個(gè)工藝段控制單元經(jīng)光纖工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行互連，兩臺(tái)帶有WinCC V6.0的工控機(jī)組成配煤系統(tǒng)操作員站，其中一臺(tái)兼有工程師站功能。

（1）硬件配置組成（2套控制柜）

控制系統(tǒng)主要采用西門子SIMATIC系列產(chǎn)品，其硬件主要配置如下：

工控機(jī)：ADVANTECH IPC-610、P4/2.8GHz/80Gb/512Mb/CP1613網(wǎng)卡/19’LCD  2套。

電源：SITOP電源 24VDC/10A 2個(gè)；PS307 24VDC/5A電源模塊  6套；

    UPS 3KVA在線式  2套。

PLC： CPU 315-2DP  2套；

SM 321 DI模板  18塊；

SM 322 DO模板  8塊；

SM 331 AI模板  4塊；

        CP343-1 以太網(wǎng)模板  2塊；

        CP342-5 DP模板  2塊；

        ET200M IM 153-1分布式接口模板  4塊。

（2）驅(qū)動(dòng)配置組成（8套變頻柜）

    變頻器采用西門子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列產(chǎn)品，其產(chǎn)品配置如下：

    變頻器：SIEMENS 6SE70234EC61 15KW  24臺(tái)（控制圓盤驅(qū)動(dòng)）；

            SIEMENS 6SE70210EA61 4KW   24臺(tái)（控制皮帶驅(qū)動(dòng)）。

    Profibus-DP通訊板：CBP2   48塊。

    變頻操作面板：OP1S   2塊。

    SITOP電源：380V AC/24VDC/10A   8個(gè)。

    驅(qū)動(dòng)裝置：SEW-EURODRIVE 軸裝式電機(jī)/減速機(jī)一體化裝置  48套。

（3）網(wǎng)絡(luò)及軟件配置

       OSM光纖交換機(jī)： TP22 6GK1105-2AE00   2套；

TP62 6GK1105-2AB10   1套。

      軟件: STEP7 V5.3    1套；

             WINCC V6.0+SP3 RT 64K   2套；

                            RC 64K   1套；

             SOFTNET-S7 V6.2    2套。

（4）稱重部件配置

   計(jì)量稱重檢測部件主要采用Yamato系列產(chǎn)品

稱重傳感器：UB2-100kg 48個(gè)。

測速單元：LE-627 24套。

回路調(diào)節(jié)控制單元：CFC-200C 24套。

自動(dòng)標(biāo)定驅(qū)動(dòng)單元：ORIENTAL-MOTOR 2RK6GN 24套。

  3．網(wǎng)絡(luò)通訊

為了滿足在設(shè)備層、控制層及信息層的不同要求，西門子具有多種通信網(wǎng)絡(luò)及國際標(biāo)準(zhǔn)解決方案供我們選擇，主要有Industrial Ethernet、PROFINET、OPEN IE、Profibus、AS-I、EIB、MPI、PtP、MODBUS和3964R等通信方式。

根據(jù)本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊要求和特點(diǎn)，在設(shè)備層與控制層之間我們選用了Profibus-DP通訊方式，其優(yōu)點(diǎn)是適合實(shí)時(shí)性要求高、多個(gè)從站設(shè)備位置分散、快速周期性數(shù)據(jù)交換等場合，每套SIMATIC S7-315-2DP CPU所集成的DP口作為分布式I/O ET200M（2套）和CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器（12套）的DP1主站，另一路由擴(kuò)展CP342-5模塊作為DP2主站，連接SIMOVERT MASTERDRIVES矢量變頻器 SIEMENS 6SE70+CBP2（24套從站），以上兩路Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)確保了配煤系統(tǒng)的綜合精度、快速數(shù)據(jù)交換、同步響應(yīng)、可靠性、故障診斷和維護(hù)等方面的總體性能要求。

控制層與信息層采用TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)通訊，CP343-1以太網(wǎng)模板使S7-300 PLC成為工業(yè)以太網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)并通過Siemens OSM TP62光纖交換機(jī)建立起PC站對(duì)控制層的訪問通道，操作站/工程師站配置Siemens CP1613網(wǎng)卡通過專用雙絞線與OSM連接，3臺(tái)OSM交換機(jī)通過光纖連接構(gòu)成一個(gè)100M環(huán)形的主網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的交換和遠(yuǎn)距離傳輸,是目前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間通訊的理想選擇。

OSM具有如下特點(diǎn)：

·通訊可靠，網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)后可迅速重構(gòu)（<0.3秒）

·通過集成的冗余管理器可以實(shí)現(xiàn)快速介質(zhì)冗余

·通過100Mbit/s的高速率和負(fù)載隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的提升

·冗余環(huán)中的通訊速率為百兆，每個(gè)環(huán)上最多可使用50個(gè)OSM

·使用多模光纖的兩個(gè)模塊間的最大距離是3000m

·簡單的網(wǎng)絡(luò)配置和擴(kuò)展診斷

·24V DC冗余供電

4．STEP7及WINCC編程組態(tài)

    配煤控制系統(tǒng)以SIMATIC Step7 V5.3和WinCC V6.0為軟件開發(fā)平臺(tái)；STEP7編程軟件包主要完成S7-300、ET200M類型配置、物理地址配置、硬件組態(tài)配置、網(wǎng)絡(luò)通信端口配置、OB、FB、FC編程等任務(wù)，WinCC V6.0是SIMATIC全集成自動(dòng)化的重要組成部分，它向用戶提供了極大的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)開方性，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今優(yōu)秀的HMI/SCADA軟件。

（1）STEP7編程及硬件組態(tài)

     PLC軟件設(shè)計(jì)中充分利用STEP7的結(jié)構(gòu)化編程方式，根據(jù)不同的需要建立起公共的功能塊，經(jīng)參數(shù)傳遞來反復(fù)進(jìn)行調(diào)用，因而整個(gè)系統(tǒng)程序?qū)哟畏置鳎子诶斫夂托薷摹?/span>

SIMATIC STEP7 H/W Config中組態(tài)配置內(nèi)容包括：硬件名稱和類型選擇、模塊安裝次序、模塊I/O地址、GSD文件安裝、DP網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（主從站地址、傳輸速率、操作模式）等。

H/W硬件配置如下圖所示：

                      圖3：Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)硬件配置圖

（2）通信編程

西門子S7-315-2DP CPU作為DP Master站訪問各類從站，其通信編程方法有多種，最常用的是在OB1中調(diào)用通訊系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15來完成從站上的I/O數(shù)據(jù)的讀寫訪問，本項(xiàng)目中以上主站通信對(duì)應(yīng)的從站類型包含分布式I/O ET200M和調(diào)節(jié)控制器CFC-200。

CP342-5 作為Profibus-DP主站時(shí)，最多可鏈接 124個(gè)從站，和每個(gè)從站最多可以交換244個(gè)輸入字節(jié)（Input）和244個(gè)輸出字節(jié)（Output），與所有從站總共最多交換2160個(gè)輸入字節(jié)和2160個(gè)輸出字節(jié)，但其DP通信編程與S7-300 CPU所集成的DP站有所不同，CP342-5為主站其模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器與從站的I/O數(shù)據(jù)區(qū)的通訊過程是自動(dòng)進(jìn)行的，但必須填寫CP342-5模塊的硬件起始地址參數(shù)，使CPU能尋址到CP342-5位置，這個(gè)起始地址就是16進(jìn)制的CPLADDR參數(shù)，它表示硬件組態(tài)的PZD起始地址，可在OB1程序中調(diào)用功能塊"DP_SEND" FC1和 "DP_RECV" FC2，來完成CPU經(jīng)CP342-5數(shù)據(jù)寄存器對(duì)PKW、PZD的數(shù)據(jù)交換；本例中CP342-5模塊所連接的DP從站為SIEMENS 6SE70變頻器 + CBP2總線適配器，MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1其PPO（參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象）類型共有以下5種：

                          圖4：CBP2 5種PPO類型

本例中根據(jù)實(shí)際情況選擇類型PPO 4，此類型沒有參數(shù)數(shù)據(jù)PKW，只有6個(gè)字的過程數(shù)據(jù)PZD，過程數(shù)據(jù)主要包含：起、停命令、電流反饋、速度給定及反饋、運(yùn)行和報(bào)警狀態(tài)等設(shè)定值和狀態(tài)值；但隨著今后的發(fā)展趨勢(shì)，西門子將會(huì)取消PPO類型，代之以標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文或自由組態(tài)，這樣一來參數(shù)數(shù)據(jù)PKW就可以采用非循環(huán)方式來訪問（DPV1功能），非循環(huán)訪問不需要組態(tài)，用SFC58/59以讀/寫數(shù)據(jù)包的形式讀/寫參數(shù)，而過程數(shù)據(jù)PZD還是采用循環(huán)方式傳送，這樣可大大減輕整個(gè)DP網(wǎng)的通信負(fù)荷。另外在通信編程必須注意以下幾點(diǎn)：

·DP從站 I/O端口映射的I和Q存儲(chǔ)區(qū)起始地址必須從0開始；

·各個(gè)從站I/O端口地址應(yīng)連續(xù)，相互之間不可有空隙；

·功能塊FC1和FC2中的發(fā)送及接收的數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)全部覆蓋各個(gè)從站的PZD長度；

本項(xiàng)目中MASTERDRIVES 與S7 300 DP通信編程步驟依次為：硬件組態(tài)（插入從站）、選擇數(shù)據(jù)格式（PP0類型）、I/Q address分配、創(chuàng)建DB數(shù)據(jù)塊、調(diào)用功能塊FC1（“SEND”）和FC2 （“RECV”）。見下圖功能塊調(diào)用：

                 圖5：FC1和FC2功能塊調(diào)用

（3）WINCC應(yīng)用

運(yùn)行于Microsoft Windows XP下的Windows控制中心─WinCC V6.0為過程自動(dòng)化領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者，作為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)重要組成部分，它將人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)集成為一體，它采用標(biāo)準(zhǔn)微軟SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)歸擋存儲(chǔ)，并提供了SIMATIC MES/ERP的高效連接通道。利用WinCC可根據(jù)配煤煉焦生產(chǎn)工藝要求與控制內(nèi)容，方便地制作配煤工藝流程界面、配方管理界面、各工藝和控制參數(shù)監(jiān)測界面、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)界面、各設(shè)備順序控制界面、報(bào)警指示和記錄界面、趨勢(shì)圖記錄界面等功能模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的各種控制參數(shù)、工藝參數(shù)及生成的數(shù)據(jù)庫均可自動(dòng)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)查詢，同時(shí)自動(dòng)生成年、月、日?qǐng)?bào)表供打印和預(yù)覽。并啟用WinCC中的VBA腳本語言(Script)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫接口的ADO訪問應(yīng)用功能, 從而能滿足系統(tǒng)的擴(kuò)展要求。

采用SIMATIC Step7+WinCC V6.0組合，可大大地降低系統(tǒng)開發(fā)的成本，縮短項(xiàng)目實(shí)施的周期，它具有應(yīng)用靈活、規(guī)?？缮炜s、使用簡便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。另外，在本項(xiàng)目中充分利用 WinCC和Step7集成環(huán)境下的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)，在變量的操作、存取、修改和邏輯塊直接調(diào)用方面都給編程過程帶來了極大的方便，這種面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)特性在今后的功能擴(kuò)充、方案更改、系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)方面都具有很大的實(shí)用性，同時(shí)提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性和可擴(kuò)展性，是分布式SCADA系統(tǒng)及工廠基礎(chǔ)自動(dòng)化層次的理想選擇。

本例中根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，應(yīng)用WinCC所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)界面，采用樹型結(jié)構(gòu)，具有多種畫面調(diào)用手段，以方便操作者使用，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下幾個(gè)主要的功能畫面：

圖6 ：HMI監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

　 工藝流程界面─在畫面中通過編程實(shí)現(xiàn)模擬顯示各個(gè)自動(dòng)配煤工藝段的全流程，在各流程界面上動(dòng)態(tài)地顯示各臺(tái)給料機(jī)的設(shè)定流量、瞬時(shí)量、負(fù)荷率、倉料位、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流反饋、配比、水份、小計(jì)累積量、總累積量、總流量、總設(shè)定量等等，以方便操作者能及時(shí)準(zhǔn)確的掌握當(dāng)前的工藝狀況，能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。以下是配煤流程界面圖之一：

               圖7 ：HMI配煤監(jiān)控流程畫面圖之一

故障報(bào)警界面─對(duì)于自動(dòng)配煤中的一些重要的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警和自動(dòng)生成故障記錄表，并根據(jù)設(shè)備的故障性質(zhì)，系統(tǒng)自動(dòng)診斷并采取相應(yīng)的處理，故障診斷報(bào)警內(nèi)容包含：稱重傳感器故障、測速單元故障、負(fù)荷率過載、速度上下限、流量上下限、缺料、皮帶斷裂/跑偏、網(wǎng)絡(luò)故障、偏差超限、電機(jī)過流/缺相/欠壓/過壓/短路等信息。

趨勢(shì)與統(tǒng)計(jì)界面─實(shí)時(shí)顯示主要變量的變化趨勢(shì)并形成歷史記錄，供今后可以查找過去的過程數(shù)據(jù)記錄，通過對(duì)各臺(tái)給料機(jī)的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)比較，進(jìn)而可以為配比統(tǒng)計(jì)分析提供依據(jù)，從而進(jìn)一步預(yù)測和提高焦炭的質(zhì)量。

流程監(jiān)控與操作界面─實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各設(shè)備的順序邏輯控制和系統(tǒng)協(xié)同操作運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)工藝流程的需求來確定運(yùn)行方式、選擇流程控制模式和相應(yīng)配方。系統(tǒng)操作根據(jù)控制方式可分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)，根據(jù)操作地點(diǎn)可分為現(xiàn)場就地操作、控制室操作、上位HMI集中操作，從而覆蓋整個(gè)焦化配煤的工藝要求。

　　其它如系統(tǒng)調(diào)試工具、網(wǎng)絡(luò)通信管理等界面主要為系統(tǒng)診斷、調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析、網(wǎng)絡(luò)SNMP管理時(shí)所使用，限于篇幅就不再詳述了。

5．變頻器驅(qū)動(dòng)的選型及參數(shù)設(shè)置

基于綜合因素的考慮，本次配煤皮帶/圓盤給料機(jī)驅(qū)動(dòng)單元選用SIMOVERT MASTERDRIVES全數(shù)字多功能技術(shù)的電壓源型變頻器SIEMENS 6SE70，該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功率因數(shù)高、輸出紋波小、32位CPU全數(shù)字控制、故障自診斷處理、電機(jī)參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)、組態(tài)功能豐富等特點(diǎn)，功率單元采用IGBT組件，具有良好的驅(qū)動(dòng)性能，它采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)子磁場矢量控制策略，可以達(dá)到同直流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美的動(dòng)、靜態(tài)性能?？蓪?shí)現(xiàn)在低速狀態(tài)下的平滑運(yùn)行和高力矩輸出、高精度的速度、力矩控制，以滿足焦化配煤工業(yè)的惡劣現(xiàn)場環(huán)境要求。它同時(shí)具有強(qiáng)大的通訊功能，其驅(qū)動(dòng)通訊可以分為四種協(xié)議：Profibus-DP、USS、CAN、SIMOLINK。本例中是選擇CBP2通訊板來實(shí)現(xiàn)Profibus-DP開放式的現(xiàn)場總線的通訊控制。

MASTERDRIVES 6SE70變頻器部分參數(shù)設(shè)置如下：

上述參數(shù)設(shè)定方法有以下幾種途徑：

·裝置自帶的參數(shù)設(shè)定器（PMU）

·操作面板（OP1S）

·計(jì)算機(jī)（帶SIMOVIS軟件）

·SIMATIC自動(dòng)化單元（帶CBP2）

MASTERDRIVES 6SE70變頻器接線圖如下所示：

              圖8 ：圓盤變頻器驅(qū)動(dòng)回路圖

五、  系統(tǒng)控制功能

1．稱重測控單元功能

     稱重測控單元擔(dān)負(fù)著整個(gè)配煤的煤量采集計(jì)量作用，也是整個(gè)配煤系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，其控制核心為CFC-200儀表，它是集調(diào)節(jié)與演算為一體的多功能計(jì)量控制器，其內(nèi)核為16位摩托羅拉68KCPU，它以Yamato出眾的計(jì)量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)、具有性能穩(wěn)定、測量精度高、抗干擾性能強(qiáng)、功能齊全、接口多樣化、故障自診斷、參數(shù)自整定及智能PID調(diào)節(jié)等功能特長，它主要完成負(fù)荷、流量、累積量的采集，CFC-200儀表通過Profibus-DP接口與西門子PLC溶合為一體，達(dá)到數(shù)據(jù)無縫、透明共享的預(yù)期效果。

2．PLC實(shí)現(xiàn)的功能

實(shí)現(xiàn)各臺(tái)配煤給料機(jī)的流程啟動(dòng)和停止；故障診斷報(bào)警；倉料位、圓盤電機(jī)、給料皮

帶電機(jī)的流程聯(lián)鎖和逆向啟動(dòng)、順向停車的順序控制；各臺(tái)設(shè)備/各工藝段之間的安全聯(lián)鎖；各變頻器的頻率給定和速度控制；總配比流量的在線調(diào)整等功能。PLC按工藝要求完成系統(tǒng)的四種控制方式（現(xiàn)場就地控制、單臺(tái)手動(dòng)控制、單套聯(lián)動(dòng)控制、全自動(dòng)控制）；另外，S7-300PLC作為Profibus-DP的網(wǎng)絡(luò)主站，起著整個(gè)系統(tǒng)的控制核心作用，是確保系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行的前提條件，并完成與上位機(jī)交換系統(tǒng)的所有過程參數(shù)和數(shù)據(jù)的任務(wù)。

3．上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能

實(shí)現(xiàn)煤料配合比例工藝流程的自動(dòng)監(jiān)控；管理生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài)；處理反映各種過程報(bào)警和歷史報(bào)警；瀏覽各實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)畫面；生成各種報(bào)表供瀏覽/查詢/打印；建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及歸檔數(shù)據(jù)，為企業(yè)決策者提供工廠現(xiàn)場層實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)、曲線及統(tǒng)計(jì)分析表。利用WinCC中的Ｃ語言腳本(Script)及提供的各類應(yīng)用函數(shù)，來靈活地完成系統(tǒng)復(fù)雜的控制要求，并將配煤系統(tǒng)的前后工藝段有機(jī)地組合起來。

以上三者相輔相成，構(gòu)成一套完整的自動(dòng)配煤解決方案，整個(gè)配料系統(tǒng)綜合精度優(yōu)于0.5%。

4．項(xiàng)目中的難點(diǎn)問題及實(shí)施辦法

配煤煉焦有2大工藝段，每個(gè)工藝段有12套，合計(jì)共有24套給料機(jī)，其配比的準(zhǔn)確和穩(wěn)定是焦炭質(zhì)量保障的關(guān)鍵。

后備PID調(diào)節(jié)：但在實(shí)際運(yùn)行中配煤系統(tǒng)的配比會(huì)受到外界多種因素的影響，如煤質(zhì)、含水率、環(huán)境溫濕度、粘度、粒度等因素，從而直接引起下料不暢通、結(jié)塊、粘料等現(xiàn)象，影響配煤比例的恒定。針對(duì)上述情況，我們采用兩套PID自動(dòng)調(diào)節(jié)回路方案，正常情況下由CFC-200來執(zhí)行調(diào)節(jié)，當(dāng)上述情況造成流量震蕩或偏差超限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換由PLC來完成后備PID調(diào)節(jié)，而此刻后備PID調(diào)節(jié)是根據(jù)所發(fā)生不同情況下的同種煤流量總和為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化了過程控制的性能和效果。   

    后備計(jì)量切換：系統(tǒng)在正常情況下，其計(jì)量功能是有稱重測控單元來完成，它主要由UB2電阻應(yīng)變式傳感器和CFC-200儀表組成，一旦稱重測控單元中的任何一方故障都將導(dǎo)致稱重計(jì)量失敗。因此，我們采用了后備容積計(jì)量功能，當(dāng)一旦發(fā)生計(jì)量失敗情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到容積計(jì)量模式，其設(shè)計(jì)思路為：在系統(tǒng)正常情況下由PLC對(duì)CFC-200所輸出的煤流量進(jìn)行密度逆運(yùn)算，得出其在預(yù)置時(shí)間跨度內(nèi)煤的瞬間密度，并不斷進(jìn)行跟蹤刷新和存儲(chǔ)，當(dāng)進(jìn)入容積計(jì)量模式后，PLC將根據(jù)所記憶的瞬間密度，進(jìn)行流量運(yùn)算和控制調(diào)節(jié)，而不影響系統(tǒng)的正常進(jìn)行。

六、  項(xiàng)目運(yùn)行

2006年8月15 日上午，中國第一爐─山西太鋼7.63米焦?fàn)t（年產(chǎn)焦碳115萬噸／

座）順利投產(chǎn)了。整個(gè)配煤系統(tǒng)運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、操作方便、自動(dòng)化程度高、配煤準(zhǔn)確率和焦炭質(zhì)量穩(wěn)定率都得到大幅度的提高，不盡降低了煤耗和能耗，還大大地提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了預(yù)期的效果，為太鋼不銹鋼年產(chǎn)能達(dá)到300萬噸，成為全球產(chǎn)能最大的現(xiàn)代化不銹鋼企業(yè)打下了基礎(chǔ)。

七、  應(yīng)用體會(huì)

通過自動(dòng)配煤項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施，進(jìn)一步加深了對(duì)西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的了解。系統(tǒng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)和Profibus-DP現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場儀表、PLC、分布式I/O、操作站/工程師站、變頻驅(qū)動(dòng)器之間的相互通信，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性，減少了大量線纜，現(xiàn)場安裝、調(diào)試的工作量也大大降低，縮短了項(xiàng)目實(shí)施周期，更提高了工作效率和項(xiàng)目質(zhì)量。

另外深有體會(huì)的一點(diǎn)是：西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的產(chǎn)品鏈長、性能超群、覆蓋面廣、普及率高、網(wǎng)站內(nèi)容豐富且更新快、各類文檔資料齊全、客戶技術(shù)服務(wù)響應(yīng)快等等，這一切都為我們的實(shí)際工作帶來了極大的便利和廣泛的認(rèn)可，預(yù)祝以SIMATIC品牌為代表的自動(dòng)化產(chǎn)品在今后創(chuàng)新道路上再創(chuàng)輝煌。

附件： 生產(chǎn)現(xiàn)場照片

       儲(chǔ)煤槽外景照                       控制柜內(nèi)部照

      控制室一瞥                        變頻柜內(nèi)部照

參考文獻(xiàn)

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[2].SIEMENS  SIMATIC  S7-300 可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)， 2000.1

[3].SIMOVERT MATERDRIVES 使用說明書 2005.7

[4].Siemens A&D網(wǎng)站www.ad.siemens.com.cn