武漢西控長期低價(jià)銷售西門子PLC，變頻器，低壓電氣設(shè)備等工控產(chǎn)品

摘要：本文主要通過對(duì)焦化生產(chǎn)自動(dòng)配煤控制系統(tǒng)的工藝分析，應(yīng)用西門子SIMATIC工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品包含可編程控制器、網(wǎng)絡(luò)通訊、驅(qū)動(dòng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)配煤過程的全自動(dòng)分布式監(jiān)控，滿足焦?fàn)t生產(chǎn)高質(zhì)量焦炭的需要，系統(tǒng)的投用提高了生產(chǎn)效率，降低了管理成本，為企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益。  關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng) WINCC OSM 配煤 變頻傳動(dòng) 定量給料機(jī) 圓盤給料機(jī)  Abstract: This paper introduces that technics construe based on coal blending of Coking & chemical manufacture,apply products of SIEMENS SIMATIC include PLC.network.driver etc. combine the automatic control in distributed system realizes to the coal blending. which meet demands of coke in high quality. to raise production efficiency and reduce management cost after running, raise the economic benefit for manufactory.  Key Words: Industrial Ethernet  WINCC  OSM  Coal blending  AC drive converter  CFW   Table Feeder  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)（毫米級(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?，易于理解和修改?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**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：

（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。可實(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

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