一,、  引 言

隨著當今科學技術(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)等普及應用，對現(xiàn)代化企業(yè)的工業(yè)過程控制要求越來越高,全自動計量配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應用已屢見不鮮，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)濟效益的先決條件,。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同,，但其高可靠性，先進性,，開放性,，免維護性，可擴展性是各行業(yè)所追求的一致目標,。而西門子SIMATIC工業(yè)自動化產(chǎn)品正是符合當今這一潮流的代表,。

二、  項目簡介

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,、貧煤等以適當比例配合成混合煤稱之為自動配煤過程，它是整個焦化生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié),，對生產(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米焦爐有著“中國第一爐”之稱,，乃至亞洲最大焦爐,，它屬于先進環(huán)保的搗固焦爐，該工程由德國伍德公司提供焦爐技術(shù),負責初步設(shè)計,，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)鐵水對焦炭低硫高強度的要求，實現(xiàn)大型,、高效,、環(huán)保,、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標,，是太鋼實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。為使焦爐煤料的配比更加準確及系統(tǒng)可靠,，實現(xiàn)自動配煤裝置智能化,、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,，向企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫提供準確的數(shù)據(jù)來源,，為此在反復比較了當今市場流行的自動化方案優(yōu)劣基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品解決方案，由上海大和衡器有限公司進行系統(tǒng)設(shè)計集成,。

    焦化廠外景照

三,、  系統(tǒng)工藝要求

1. 工藝概述

    每個儲煤槽中的單種煤通過圓盤給料機均勻地落到定量給料機皮帶上，稱量和速度信

號分別進入到控制系統(tǒng),，經(jīng)過乘積運算處理計算出實際給料量,，將實際給料量與設(shè)定的給料

量不斷進行比較輸出兩路PID控制信號，分別對圓盤給料機和定量給料皮帶機進行雙變頻調(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CFW給料流量的恒定，以確保所設(shè)定

總配比的要求,。自動配煤裝置實現(xiàn)24套圓盤給料機,、定量給料機的順序起停、報警以及模擬

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

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

如圖1所示：

2.計量控制原理

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

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

體上。

稱重單元主要由計量托輥和兩個應變式荷重傳感器組成,。稱重傳感器安裝在高精

度的平臺上,，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滾筒的軸端,，通過滾筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號,，以上重量信號（毫伏級）及脈沖信號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)輸送帶的運行長度為[l],，輸送帶的速度為[v],，輸送帶運行時間為[t],

其關(guān)系為l=vt

因此在輸送帶運行了t1時間后，輸送帶的運行長度為l1=vt1,，

那么,，輸送流量可用下列方程式表示：

給料機的輸送量為A，B,，C三點所包圍的面積,。

如下圖所示,。

W = f (l) : 在任選的單位運行長度 [l] 上的載荷密度

Wdl  : 在微小運行距離(dl)上的輸送量

    上述表明：要計算獲得輸送量，需通過稱量傳感器檢測到煤流的單位長度的瞬時重量信號,，同時速度傳感器檢測到速度脈沖信號,。通過控制儀表將重量信號與速信號進行乘積運算，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)動電機：     3.7KW 3φAC380V

圓盤驅(qū)動電機：     15KW 3φAC380V

軸端編碼器:        600P/R DC12V～24V     

給料機輸送帶寬度：       800mm

輸送機能力范圍：      10～100t/h

輸送機速度：         0.1m/s～1m/s

輸送機傾斜角度：        0℃

輸送機頭、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

整個自動配煤裝置為生產(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行，系統(tǒng)采用分布式計算機監(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,、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個基于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，以確保高實時性和高動態(tài)響應要求,，Profibus通訊速率最高可達12Mbit/S, 8個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線循環(huán)時間最快可至0.2ms,，在全球制造業(yè)自動化和流程工業(yè)自動化的總安裝站點數(shù)已突破1千萬，比任何其它現(xiàn)場總線標準高出許多,，它的節(jié)點設(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)目前唯一能夠以標準方式應用于所有領(lǐng)域并貫穿整個過程鏈的現(xiàn)場總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品的資源,，具有高可靠性,，強抗干擾能力和靈活的可擴充性，可獨立完成對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,，精度控制,，監(jiān)控聯(lián)鎖。上位機WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI,，通過操作畫面對實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,，報警，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程參數(shù)的實時曲線,、歷史趨勢顯示,、報警記錄、配方管理,、產(chǎn)量統(tǒng)計,、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護，同時通過VBA編程實現(xiàn)Excel報表輸出,、打印及預覽等功能,。系統(tǒng)需要監(jiān)測重量、速度,、位置,、缺料、堵料,、皮帶打滑,、電機啟停、電流,、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點,具有48個PID閉環(huán)控制回路和2套遠程監(jiān)控系統(tǒng)操作站,。整套系統(tǒng)通過光纖交換機進入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級管理網(wǎng)進行銜接，達到管控一體化水平,。自動配煤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

    2．系統(tǒng)配置

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

（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：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,；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（控制圓盤驅(qū)動）,；

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

    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,。

    驅(qū)動裝置：SEW-EURODRIVE 軸裝式電機/減速機一體化裝置  48套,。

（3）網(wǎng)絡(luò)及軟件配置

       OSM光纖交換機： 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。

測速單元：LE-627 24套,。

回路調(diào)節(jié)控制單元：CFC-200C 24套,。

自動標定驅(qū)動單元：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)及國際標準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,，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)點是適合實時性要求高、多個從站設(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,、可靠性、故障診斷和維護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)的一個節(jié)點并通過Siemens OSM TP62光纖交換機建立起PC站對控制層的訪問通道，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OSM交換機通過光纖連接構(gòu)成一個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)的交換和遠距離傳輸,是目前實現(xiàn)自動化系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)間通訊的理想選擇,。

OSM具有如下特點：

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

·通過集成的冗余管理器可以實現(xiàn)快速介質(zhì)冗余

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

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

·使用多模光纖的兩個模塊間的最大距離是3000m

·簡單的網(wǎng)絡(luò)配置和擴展診斷

·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,；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,，WinCC V6.0是SIMATIC全集成自動化的重要組成部分，它向用戶提供了極大的應用靈活性和系統(tǒng)開方性,，在工業(yè)自動化領(lǐng)域有著廣泛的應用,，是當今優(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)傳遞來反復進行調(diào)用，因而整個系統(tǒng)程序?qū)哟畏置?，易于理解和修改?/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,，本項目中以上主站通信對應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,，最多可鏈接 124個從站,，和每個從站最多可以交換244個輸入字節(jié)（Input）和244個輸出字節(jié)（Output），與所有從站總共最多交換2160個輸入字節(jié)和2160個輸出字節(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)的通訊過程是自動進行的，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,，這個起始地址就是16進制的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)對象）類型共有以下5種：

                          圖4：CBP2 5種PPO類型

本例中根據(jù)實際情況選擇類型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,、運行和報警狀態(tài)等設(shè)定值和狀態(tài)值；但隨著今后的發(fā)展趨勢,，西門子將會取消PPO類型,，代之以標準報文或自由組態(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DP網(wǎng)的通信負荷,。另外在通信編程必須注意以下幾點：

·DP從站 I/O端口映射的I和Q存儲區(qū)起始地址必須從0開始；

·各個從站I/O端口地址應連續(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)應全部覆蓋各個從站的PZD長度；

本項目中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應用

運行于Microsoft Windows XP下的Windows控制中心─WinCC V6.0為過程自動化領(lǐng)域中的領(lǐng)導者，作為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)重要組成部分,，它將人機界面（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，它采用標準微軟SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)歸擋存儲,，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,、報警指示和記錄界面,、趨勢圖記錄界面等功能模塊的設(shè)計，系統(tǒng)的各種控制參數(shù),、工藝參數(shù)及生成的數(shù)據(jù)庫均可自動存儲,，實時查詢，同時自動生成年,、月,、日報表供打印和預覽,。并啟用WinCC中的VBA腳本語言(Script)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫接口的ADO訪問應用功能, 從而能滿足系統(tǒng)的擴展要求,。

采用SIMATIC Step7+WinCC V6.0組合，可大大地降低系統(tǒng)開發(fā)的成本,，縮短項目實施的周期,，它具有應用靈活、規(guī)?？缮炜s,、使用簡便、功能強大等特點,。另外,，在本項目中充分利用 WinCC和Step7集成環(huán)境下的系統(tǒng)全局數(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充,、方案更改,、系統(tǒng)優(yōu)化和維護方面都具有很大的實用性，同時提高了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,、靈活性和可擴展性,，是分布式SCADA系統(tǒng)及工廠基礎(chǔ)自動化層次的理想選擇。

本例中根據(jù)系統(tǒng)工藝要求,，應用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,，我們設(shè)計了以下幾個主要的功能畫面：

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現(xiàn)模擬顯示各個自動配煤工藝段的全流程，在各流程界面上動態(tài)地顯示各臺給料機的設(shè)定流量、瞬時量,、負荷率,、倉料位、電機轉(zhuǎn)速,、電流反饋,、配比、水份,、小計累積量,、總累積量、總流量,、總設(shè)定量等等,，以方便操作者能及時準確的掌握當前的工藝狀況，能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備的故障進行實時診斷,。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

故障報警界面─對于自動配煤中的一些重要的參數(shù)進行實時報警和自動生成故障記錄表,，并根據(jù)設(shè)備的故障性質(zhì)，系統(tǒng)自動診斷并采取相應的處理,，故障診斷報警內(nèi)容包含：稱重傳感器故障,、測速單元故障、負荷率過載,、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,、電機過流/缺相/欠壓/過壓/短路等信息,。

趨勢與統(tǒng)計界面─實時顯示主要變量的變化趨勢并形成歷史記錄，供今后可以查找過去的過程數(shù)據(jù)記錄,，通過對各臺給料機的歷史趨勢數(shù)據(jù)比較,，進而可以為配比統(tǒng)計分析提供依據(jù)，從而進一步預測和提高焦炭的質(zhì)量,。

流程監(jiān)控與操作界面─實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各設(shè)備的順序邏輯控制和系統(tǒng)協(xié)同操作運行,，根據(jù)系統(tǒng)工藝流程的需求來確定運行方式、選擇流程控制模式和相應配方,。系統(tǒng)操作根據(jù)控制方式可分為手動,、半自動和全自動，根據(jù)操作地點可分為現(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管理時所使用,，限于篇幅就不再詳述了。

5．變頻器驅(qū)動的選型及參數(shù)設(shè)置

基于綜合因素的考慮,，本次配煤皮帶/圓盤給料機驅(qū)動單元選用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,、電機參數(shù)自動辨識、組態(tài)功能豐富等特點,，功率單元采用IGBT組件,，具有良好的驅(qū)動性能，它采用先進的轉(zhuǎn)子磁場矢量控制策略,，可以達到同直流傳動系統(tǒng)相媲美的動、靜態(tài)性能,?？蓪崿F(xiàn)在低速狀態(tài)下的平滑運行和高力矩輸出、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。它同時具有強大的通訊功能,，其驅(qū)動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）

·計算機（帶SIMOVIS軟件）

·SIMATIC自動化單元（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

     稱重測控單元擔負著整個配煤的煤量采集計量作用,，也是整個配煤系統(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量控制器,，其內(nèi)核為16位摩托羅拉68KCPU，它以Yamato出眾的計量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)、具有性能穩(wěn)定,、測量精度高,、抗干擾性能強、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,，達到數(shù)據(jù)無縫、透明共享的預期效果,。

2．PLC實現(xiàn)的功能

實現(xiàn)各臺配煤給料機的流程啟動和停止,；故障診斷報警；倉料位,、圓盤電機,、給料皮

帶電機的流程聯(lián)鎖和逆向啟動、順向停車的順序控制,；各臺設(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,、單臺手動控制、單套聯(lián)動控制,、全自動控制）,；另外，S7-300PLC作為Profibus-DP的網(wǎng)絡(luò)主站,，起著整個系統(tǒng)的控制核心作用,，是確保系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的協(xié)同運行的前提條件，并完成與上位機交換系統(tǒng)的所有過程參數(shù)和數(shù)據(jù)的任務,。

3．上位機實現(xiàn)的功能

實現(xiàn)煤料配合比例工藝流程的自動監(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警和歷史報警,；瀏覽各實時/歷史趨勢畫面,；生成各種報表供瀏覽/查詢/打印,；建立實時數(shù)據(jù)庫及歸檔數(shù)據(jù),，為企業(yè)決策者提供工廠現(xiàn)場層實時過程數(shù)據(jù),、曲線及統(tǒng)計分析表。利用WinCC中的Ｃ語言腳本(Script)及提供的各類應用函數(shù),，來靈活地完成系統(tǒng)復雜的控制要求,，并將配煤系統(tǒng)的前后工藝段有機地組合起來。

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

4．項目中的難點問題及實施辦法

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

后備PID調(diào)節(jié)：但在實際運行中配煤系統(tǒng)的配比會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,。針對上述情況，我們采用兩套PID自動調(diào)節(jié)回路方案,，正常情況下由CFC-200來執(zhí)行調(diào)節(jié),，當上述情況造成流量震蕩或偏差超限時，系統(tǒng)自動切換由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對象進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化了過程控制的性能和效果,。   

    后備計量切換：系統(tǒng)在正常情況下,，其計量功能是有稱重測控單元來完成，它主要由UB2電阻應變式傳感器和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致稱重計量失敗,。因此，我們采用了后備容積計量功能,，當一旦發(fā)生計量失敗情況時,，系統(tǒng)自動切換到容積計量模式，其設(shè)計思路為：在系統(tǒng)正常情況下由PLC對CFC-200所輸出的煤流量進行密度逆運算,，得出其在預置時間跨度內(nèi)煤的瞬間密度,，并不斷進行跟蹤刷新和存儲,，當進入容積計量模式后，PLC將根據(jù)所記憶的瞬間密度,，進行流量運算和控制調(diào)節(jié),，而不影響系統(tǒng)的正常進行。

六,、  項目運行

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

座）順利投產(chǎn)了。整個配煤系統(tǒng)運行可靠,、性能穩(wěn)定,、操作方便、自動化程度高,、配煤準確率和焦炭質(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,，達到了預期的效果,，為太鋼不銹鋼年產(chǎn)能達到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,、  應用體會

通過自動配煤項目設(shè)計、實施,，進一步加深了對西門子SIMATIC自動化產(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，縮短了項目實施周期,，更提高了工作效率和項目質(zhì)量,。

另外深有體會的一點是：西門子SIMATIC自動化產(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)服務響應快等等,，這一切都為我們的實際工作帶來了極大的便利和廣泛的認可，預祝以SIMATIC品牌為代表的自動化產(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

[1].深入淺出西門子WinCC V6 北京航空航天大學出版社,，2004

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

[3].SIMOVERT MATERDRIVES 使用說明書 2005.7

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