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(kāi)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(kāi)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，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(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)界面，采用樹(shù)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。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(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、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(chǎng)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(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)Profibus-DP開(kāi)放式的現(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：

　　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(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(cè)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(zhǎng)，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(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?。唤?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。

六、 項(xiàng)目運(yùn)行

　　2006年8月15 日上午，中國(guó)第一爐─山西太鋼7.63米焦?fàn)t（年產(chǎn)焦碳115萬(wàn)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(wàn)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(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。

　　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(zhǎng)、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(lái)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(chǎng)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