通過(guò)西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤裝置系統(tǒng)的解決方案

一、引 言

在焦化廠配煤煉焦生產(chǎn)工藝過(guò)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，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。它可確保鋼廠生產(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)。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(kù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源，為此在反復(fù)比較了多套當(dāng)今市場(chǎng)流行的自動(dòng)化方案基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的解決方案。

二、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(guò)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(guò)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：

圖1 圓盤及定量給料皮帶機(jī)原理圖

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(cè)速單元、積算控制單元、驅(qū)動(dòng)單元，其中稱重單元，皮帶測(cè)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(cè)量出輸送帶上物料的單位長(zhǎng)度重量；皮帶測(cè)速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動(dòng)滾筒軸端，通過(guò)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)。

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%

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

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

配料秤系統(tǒng)精度：優(yōu)于0.5%

三、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(chǎng)無(wú)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(guò)程鏈的現(xiàn)場(chǎng)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)控連鎖。上位機(jī)WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI，通過(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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：

圖2 自動(dòng)配煤裝置系統(tǒng)圖

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(cè)部件主要采用Yamato系列產(chǎn)品：

稱重傳感器：UB2S-100kg 48個(gè)；

測(cè)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

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(chǎng)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(guò)Siemens OSM光纖交換機(jī)建立起PC站對(duì)控制層的訪問(wèn)通道，操作站/工程師站配置Siemens CP1613網(wǎng)卡通過(guò)專用雙絞線與OSM連接，3臺(tái)OSM交換機(jī)通過(guò)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光纖交換機(jī)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(guò)集成的冗余管理器可以實(shí)現(xiàn)快速介質(zhì)冗余

·通過(guò)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(jiǎn)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(lái)反復(fù)進(jìn)行調(diào)用，因而整個(gè)系統(tǒng)程序?qū)哟畏置?，易于理解和修改?/p>

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(wèn)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(lái)完成從站上的I/O數(shù)據(jù)的讀寫訪問(wèn)，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(guò)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(lái)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(guò)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(méi)有參數(shù)數(shù)據(jù)PKW，只有6個(gè)字的過(guò)程數(shù)據(jù)PZD，過(guò)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(lái)參數(shù)數(shù)據(jù)PKW就可以采用非循環(huán)方式來(lái)訪問(wèn)（DPV1功能），非循環(huán)訪問(wèn)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(guò)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(zhǎng)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(jiàn)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(guò)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(kù)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(kù)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(cè)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(kù)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(yǔ)言（Script）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)接口的ADO訪問(wèn)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(jiǎn)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(kù)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(guò)程帶來(lái)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，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(guò)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(cāng)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(chǎng)設(shè)備的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。

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(cè)速單元故障、負(fù)荷率過(guò)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(guò)流/缺相/欠壓/過(guò)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(guò)去的過(guò)程數(shù)據(jù)記錄，通過(guò)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(cè)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(guò)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(lái)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(chǎng)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、適合于惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、可靠性高、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)，其功率單元采用IGBT組件，具有良好的驅(qū)動(dòng)性能，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(lái)實(shí)現(xiàn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊控制。

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

四、系統(tǒng)控制功能

1.稱重測(cè)控單元功能

稱重測(cè)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控制器。它主要完成負(fù)荷、流量、累積量的采集，CFC-200儀表通過(guò)Profibus-DP接口與西門子PLC溶合為一體，達(dá)到數(shù)據(jù)無(wú)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(cāng)料位、圓盤電機(jī)、給料皮帶電機(jī)的流程連鎖和逆向啟動(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連鎖;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(chǎng)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(guò)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(guò)程參數(shù)和狀態(tài);處理反映各種過(guò)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(kù)及歸檔數(shù)據(jù)，為企業(yè)決策者提供工廠現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)、曲線及統(tǒng)計(jì)分析表。利用WinCC中的C語(yǔ)言腳本（Script）及提供的各類應(yīng)用函數(shù)，來(lái)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(lái)。

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(wèn)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(lái)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(lái)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(guò)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(cè)控單元來(lái)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(cè)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。

五、應(yīng)用體會(huì)

整個(gè)自動(dòng)配煤系統(tǒng)投入使用后性能穩(wěn)定可靠、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。

通過(guò)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(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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。