伟创PR0FIBUS-DP通讯在泰钢集团配料系统中的应用

一、前言    PROFIBUS是一种国际化、开放式异步串行通讯标准，广泛适用于制造业自动化和流程自动化、楼宇、交通、电力等各行各业。通过PROFIBUS可以方便地实现各种不同厂商的自动化设备及元器件之间的信息交换。PROFIBUS协议标准由三个兼容部分组成：PROFIBUS-DP（分布式外设）、PROFIBUS-FHS（现场总线信息规范）、PROFIBUS-PA（过程自动化）。标准化的现场总线具有“开放”的通讯接口、“透明”通讯协议，允许用户选用不同制造商生产的分散IO装置和现场设备。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求，一方面它覆盖了传感器执行器领域的通信要求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散IO”领域，由于大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用，因此PROFIBUS已成为事实上的国际公认的标准。    本文介绍了泰钢集团一钢铁厂原料厂的配料控制系统改造的主要功能，特点，工作原理，控制方式和配置选型。近年来，我国的钢铁冶炼行业发展迅速，烧结矿是炼铁的主原料，而配料技术工艺是影响烧结矿质量 的重要环节，各称量设备只有达到一定精度才能保证矿的质量。    传统烧结工艺中主要依靠工作经验进行调节，存在以下几方面的问题： A、不能适时进行调节配比，生产效率较低。 B、由于缺少计量设备，人为影响因素较多，物料不能很好控制，浪费现象严重，生产成本大大提高，不合格率较多，造成大量的废品。 C、由于物料的粉尘污染较严重，严重影响工人的身体健康。近几年来，钢铁厂工业过程自动化程度越来越高及人们对环保意识的增强，变频技术以其优异的性能，在国内外得以广泛应用。 二、配料控制系统的主要功能及特点 2.1、控制系统主要功能

A、监控功能：对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视； B、画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格； C、打印管理：可随时打印配料报表，以便保存和查询； D、通讯功能：工控机与PLC和配料称重仪表之间进行可进行双向数据及信息交换； E、数据处理：系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量； F、控制功能：根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID调节； G、报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。

2.2、钢铁厂配料控制系统的主要特点

A、在配料系统结构上采用中小型集散控制系统，实现了“分散控制，集中管理”，克服了“危险集中”的问题； B、上位机和下位机相对独立。具有手动、自动、半自动切换功能，联机时，彼此间按特定协议互通信息，脱机时，单台秤可独立实现工艺闭环过程控制； C、上位机远离操作现场，提高了系统的稳定性，改善了操作员的工作环境； D、下位机选用可编程控制器，具有很强的抗干扰能力，编程简单易于掌握，能在恶劣的环境中长期可靠的运行； E、采用PID调节，提高配料系统的配料精度，并能根据生产要求，设置最佳的工作开关时序，较好的解决料头料尾问题，自动修改系统的物料配比。 三、配料系统的结构及工作原理 3.1、控制系统的总体构成拓扑图及系统原理图

     本系统由两套PLC系统和一套上位机监控系统组成。PLC系统由两个AB-300主站和26个输料称重传送带作为从站及专用通讯电缆组成，主站与从站通过PROFIBUS-DP通讯，    上位机监控系统采用 WindowsXP操作系统，安装RSlogix5000编程软件及力控6.0组态软件。控制系统的总体构成拓扑图及系统原理图如下所示：

系统原理图 A、上位机：对整个系统进行实时监控，画面显示和报表打印; B、PLC：实现配料的自动控制; C、配料仪表：用于配料的PID调节及瞬时流量和累计流量等参数的显示; D、控制柜：用于系统的逻辑控制和供配电; E、现场手操箱：用于现场单台设备的启停控制。

3.2、系统的运行方式

每一台配料称设手动，半自动，自动三种控制方式 A、手动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到手动位置，由现场控制箱上的启停按钮、电位器、频率表等实现控制，由称量仪表显示物料瞬时量及累积量。主要用于网络系统故障PLC控制系统发生故障或其它原因，需要进行手动检修试车工作情况下的应急操作。 B、半自动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到自动位置，由现场控制箱上的启停按钮、频率表、称重显示仪表等实现控制，可以通过称重仪表设定的配方自动调整配料量，显示物料瞬时量及累积量。主要用于不需要上位控制时。 C、全自动时，将仪表箱的转换开关打到联动位置，由上位机控制皮带的启停，动态显示各物料量、皮带运行状态、各种报警指示，各配料量由上位机根据工艺要求统一设定，可进行采集和处理各配料控制回路来的称量信号与开关量状态，实现整个系统的皮带秤给料、称量检测、料量调节，选择和切换料仓等配料过程的自动控制。此时现场手动控制系统不起作用，完全通过中控室进行操作。 3.3、自动运行系统的启动和停止    四种方式：顺序启动、顺序停止、紧急停止、同时启动 A、顺序启动：用于系统的初次启动或者顺序停止后的系统再启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。 B、顺序停止：用于希望长时间停车的场合，这样可以保证输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。 C、紧急停止：用于发生紧急情况所有参与配料的设备立即停止运行的场合。 D、同时启动：用于急停后的再启动，能够使系统在上一次的“断点”处接着往下运行，就像没有发生过任何事情一样。   注意：不能随便，无顺序的点击这四个按钮，必须按操作要求来操作。 3.4、物料量的控制 A、当某种物料量所需配比确定后，将其作为设定值输入上位机，经网络传输给称重仪表。物料落到称重皮带上，其重量由称重传感器检测，取得物料流量（测量值）的反馈电压信号（0～30mV）到称量控制仪表并运算成为PV当前值，经PID运算再输出4～20mA控制信号至变频器，以此改变其U／F输出值，从而改变皮带速度来控制物料量的大小，实现自动配料。 B、物料配比的控制：本系统给料任务来自上位机的配比输入与计算进行控制，即将各种原料的工艺参数输入计算机，由计算机直接对各料种进行设定和配比协调。 C、自动倒仓控制:同一种物料分别装于几个料仓中(如精矿粉),在生产中只用到其中的部分料仓给料,要求在某一正在给料的料仓发生故障(无料、堵料、机械故障等)时,控制系统根据程序设定,自动启动一满足条件且没有参与配料的料仓给料系统。 D、燃料流量值的自动调整：设备顺停时，由于精矿粉的总量随着料仓的逐个减少，这时，程序自动逐渐减少燃料的下料量，以保证原配比不变。 四、系统设备选型 4.1、网络系统选型

上位机：惠普商用电脑（内装有力控组态软件） 组态软件功能:      实现对全系统的控制管理以及进行系统运行界面的图形组态。运行期间上位机完成系统人-机对话、监控界面显示、报警处理和显示、生产数据处理和报表输出。 PLC系统：CPU选用ABCompactLogix/MicroLogix。具有以下功能：

A、功能强大：完成任务更多 B、配置灵活：需要费用更省 SLC有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供最大容量最多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存，精心设计的控制内核保证了同样功能程序对内存的占用率只有其它竞争产品的50%不到；SLC的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和专用模块在内的60多种I/O模块。 C、稳定可靠：无论是单机应用，还是分布式控制，在单一平台上，SLC就能实现高速离散控制和过程控制；功能全面的诊断功能让使用过程中的故障排查变得简单。 D、贯通全厂直至信息层的通讯功能-----内置不同通讯接口的SLC系列处理器，提供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。 E、应用广泛的多种现场总线集成：SLC提供了与各类“智能”设备的现场总线接口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，信息全部无缝通讯。 软件设置： 操作系统选WindowsXP，上位机运行力控6.0组态软件，PLC编程软件选用AB-RSlogix5000。

4.2、配料秤选型

   配料秤集机械、电气、仪表一体，是对散装物料进行连续的输送、计量的理想设备。并可根据现场要求，实现用动、自动、联动控制方式。是烧结、焦化、原料、水泥配料等生产工艺中的必选设备。

4.3、现场仪表

     钢铁厂烧结配料系统的现场仪表直接接收秤重传感器、测速传感器信号，然后经过处理，把结果通过Profibus总线、I/O接口与CompactLogix/MicroLogix设备相连。该称重仪表可挂壁安装，也可就地安装在称重设备旁，操作方便、抗干扰能力强。

4.4、变频器

变频器选用伟创AC80B系列变频器     出色的性能 A、最高可达220%的过力矩。 B、异步电机有传感器或无传感器的磁通矢量控制。 C、在线自动调节(FVC)。 D、速度或力矩控制。 E、输出频率最高可达320.00 Hz。 F、无传感器电机控制。     可扩展的能力 G、基本设备带有丰富的功能：应用程序功能、输入/输出、通信网络， H、这些可以通过以下各项实现进一步扩展，

I、输入/输出扩展卡。

J、编码器接口卡。 K、通信卡。

五、总结  

   目前流行的现场总线标准有很多种，如FF、Lonworks、CAN、WorldFIP和HART等。由于各种现场总线技术特点、适用场合不同，再加上各公司和企业集团受自身商业利益的驱使，可以预计在以后相当长的时间内会出现各种现场总线并存的情况。各种总线技术相互融合，在工程实践中合理搭配是目前现场总线技术应用的一个显著特点。PROFIBUS现场总线是开放的、功能完善的国际现场总线标准之一。PROFIBUS-DP[现场总线控制系统既是一个开放系统，又是一个全分布控制系统。它作为智能终端设备的联系纽带，把挂在总线上，作为网络节点的智能终端设备连接为网络系统，并进一步构成网络自动化系统，实现基本控制、计算补偿、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化控制功能。这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通讯、网络为主要内容的控制技术。些这特点使它在短短几年内在化工、冶金、机械加工、电力和其它自动控制领域得到迅速广和应用。因而PROFIBUS是一种很有前途的现场总线。    伟创AC80B变频器以出色的性能优势、良好的性价比及其很最好的售后服务在本控制系统中应用并且已经经过调试顺利运行，此系统无论在工艺要求、控制功能和操作方便还是可靠性以及全集成自动化方面均取得了显著的效果和良好的经济效益，为以后在化工、冶金、机械加工、电力和其它自动控制工业领域提供了极好的控制系统设计案例。