可编程序控制器与工控机在球团配煤系统上的应用(一)

[摘要]：介绍了可编程序控制器与工控机在球团厂配煤系统中的应用。给出了可编程序控制器作为下位机，工控机作为上位机的一种基本实现方法。结果表明，所设计的控制系统可以满足生产过程的工艺要求。

[关键词]：可编程序控制器 工控机

The Application of Supervisor and Controlling System in

heat-Recovery Boiler

Key words : PLC ;process computer control ; heat-Recovery Boiler

引言

配煤系统是球团生产环节的关键部分，煤粉的粒度粗细、喷吹量，直接决定了球团成品的质量，另外球团厂配煤车间历来生产环境恶劣,许多岗位不宜人工值守，故监控系统在该环节的投入势在必行。

此外，虽然可编程序控制器已广泛应用于现场恶劣的过程控制中，但PLC 没有给操作者提供动态的数据显示界面和报表输出，人机交流存在许多不便，而工业控制计算机有着十分丰富的商品软件支持，可以开发出用户直观方便的图形操作界面，以各种形式动态输出显示数据，通过打印机输出各种报表。因此，工控机和可编程控制器的联合使用成为必然。可编程控制器作为下位机，工控机作为上位机，是工业企业实现管理、控制一体化的一种有效手段。

下位机采用德国西门子公司S7-300系列可编程控制器，用于配煤控制系统中； 上位机采用研华PⅣ普通工控机， 利用WINDOWS 2000操作环境下的WINCC工控组态软件做出监控画面，对整个配煤控制系统实现了计算机监控与操作。体现了自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的特点。

配煤系统设备及控制要求

配煤系统设备构成简图如图1所示

图1 配煤系统设备构成简图

配煤系统包括皮带输送系统、喂料系统、磨煤系统、喷吹系统和除尘系统。

2.1 皮带输送系统 2．2 喂料系统

喂料系统由圆盘给料机和称重皮带组成。保证匀速、稳定地为磨煤系统供煤。圆盘给料机由变频器驱动，与皮带称构成闭环反馈系统。

2．3 磨煤系统

磨煤系统由加热炉、中速磨、主引风机等组成。将喂料系统供给的原煤烘干、磨碎。控制系统中为了保护中速磨的稳定、可靠运行，设计了许多连锁控制环节。

2．4 喷吹系统

喷吹系统由罗茨风机和工业配料称组成。为了保证生产，各配两套，互为备用。工业配料称采用的是德国SCHENK公司的工业配料称，一台为1.6-16t/h, 一台为0.9-9t/h。

控制系统的构成

控制系统的构成包括硬件和软件两部分，硬件由西门子S7-300可编程序控制器与研华PⅣ工控机构成。

3．1 系统硬件构成

系统的硬件构成如图2所示：

图2 系统的硬件构成图

3.1.1 现场服务器/客户机

本系统比较小，故未设专门的服务器、客户机，而是将二者合一了。服务器/客户机主要完成PLC 与上位端之间的数据传输、数据存储、报警等功能。同时服务器/客户端采用西门子WINCC6.0上位监控软件,主要完成对现场各个设备检测、监视、控制、调节、诊断,包括皮带输送系统、喂料系统、磨煤系统、喷吹系统和除尘系统。

现场工程师站

现场工程师站主要完成对电气仪表基础自动化设备的修改与调试。具体就是根据系统控制要求的变更，完成各个工艺设备或工艺过程的顺序控制、逻辑控制和PID 调节控制的修改与调试。

PLC

系统有一个PLC 主机架, 两个扩展机架，均采用西门子S7-300系列PLC。

3.1.4 系统通讯

西门子S7-300系列PLC提供了广泛、多种层次及协议的通信能力,分别为TCP/ IP Ethernet 、Profibus-DP、MPI等，它强有力的通讯功能在本系统中

得到了广泛的应用。

TCP/ IP Ethernet通信 采用100Mb/s光纤冗余总线以太网,在可编程控制单元及上位监控单元都被分配到独一无二的IP 地址,可编程控制系统的CPU 通过本站的CP343模板,利用Step7下的I/ O SCANNER 或TCP/ IP 读写功能块设置IP地址及传输的寄存器地址,经过Switch交换机在以太网上进行信息发送和接收。上位监控系统通过以太网卡,经过Switch交换机在以太网上与服务器之间发送和接收信息。同时操作人员可从远程管理站完成工艺过程的生产数据采集、数据分析、操作数据设定、打印报表等。

Profibus-DP通信 通过CPU 315C 内置的DP口与现场的操作师站构成现场总线网络。在

MPI通讯 将CPU 315C 内置的MPI口与现场的工程师站计算机的串口相连，在可编程控制单元及工程师站单元都被分配到独一无二的站地址，

3.2 系统软件构成

软件结构部分包括Windows 2000操作系统、下位机编程软件、上位机监控软件。

3.2.1 下位机编程软件

PLC程序的编制在现场工程师站中完成,本系统采用西门子S7-300 的配套编程工具step7 5.2完成硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理。

首先在step7 5.2的配置器中定义硬件组态，包括PLC类型、本地I/0、扩展I/0、通讯等，在组态的过程中设置各模块的参数。

其次进行程序的编制，程序的编制可使用FBD、SFC、LD、ST、IL等语言，在本程序中运用梯形逻辑Ladder控制和功能块FBD相结合的编程方式。利用Concept 提供的编程器,将一段标准的控制逻辑及算法封装成一个DFB 功能块,它能够嵌套写入梯形图、功能块图、结构化文本文件或指令表中。调试或应用过程中需要改变逻辑控制及算法时,只需改变相应的DFB 功能块,降低了程序编写的复杂程度,使程序结构更条理清晰。整个程序包括参数整定、汽包控制、阀门控制和累计等几个程序段。

最后进行联机调试。

3.2.2 上位机监控软件

WINCC工控组态软件是德国西门子公司委托美国Micrsoft公司为其开发的基于Windows 2000的大型应用软件,它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身,包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件,提供一个友好的用户界面,使用户可根据实际生产需要生成相应应用软件。

◎数据采集 系统的上位机和下位机均为西门子公司的产品，故在上位机与下位机之间通讯不需再安装其它的驱动程序，即可实现无缝对接

◎实时数据库的建立 打开数据库管理器，建立不同类型的块，通过这些块可以完成以下的功能:

·从其它块或直接从驱动器映像表接收数据;

·按指令对数据进行操作;

·将数值输出到驱动器映像表。

图形界面开发

登录身份确定及权限保护 HMI画面设有登录、退出、帮助、诊断按钮,并赋予不同人员不同的操作级别。譬如赋予操作人员操作的权利,赋予维护工程师维护的权利,赋予系统工程师组态的权利,各类人员根据不同的权限可以有权进行不同的操作。其中系统工程师的权限最大,可以修改、组态、退出系统;操作人员的权限则相对较小,仅能操作浏览主要的操作画面;维护工程师可以对某些电气设备的运行参数进行修改,浏览故障分析画面,但却不能对系统进行组态和修改用户权限。

实现主控室对现场设备及仪表的实时动态监控和检测 球团厂配煤系统HMI 上位机监控操作画面充分利用了WINCC特有的动态图形编辑功能(标准动态图形编辑、高级动态图形编辑) ,出色地完成了CRT 操作、过程值显示、报警等。为了维护操作的需要,编辑了任务状态显示画面、实时趋势显示画面、历史趋势显示画面、流程图显示操作画面以及各种操作面板(如磨煤操作)。

4、结论

本系统已经在鞍山钢铁公司的弓长岭矿的二球团厂投入运行。本系统与该矿的一期球团相比，在自动化程度和工人的工作强度、环境上又很大的提高和改善。同时，自2004年11月投产以来，系统运行稳定、可靠,所有指标达到了设计要求。

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