论文部分内容阅读
[摘 要] 介绍了SIMATIC S7-300在200M2烧结机配料系统自动控制中的实际应用，对烧结机配料控制系统网络结构及系统主要实现功能的介绍。
[关键字] 烧结机配料系统 ；SIMATIC S7-300；自动控制
1 系统选型及特点
系统选型上采用SIMATIC S7-300可编程控制器配以先进的WINCC监控软件，实现200M2烧结机配料系统的自动控制和上位机监控的各项功能。
———SIMATIC S7-300 可编程控制器能满足中等性能要求的控制系统应用。具有以下特点：1）采用模块化结构，具备高速的指令运算速度；2）具有强大的通信功能可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单；3）具有多种不同的通信接口，实现分布式系统和扩展通讯能力都很简便，组成系统灵活自如；4）系统稳定性强，用户友好性强，操作简单。
———WINCC是西门子推出的软件组合平台，可开发出较强的组合画面。具有以下特点：1）WinCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告；2）具有强大的标准接口，统一脚本语言；3）强大的功能和简洁直观的操作方式；4）灵活实用的设置功能和管理功能。
2 配料系统工作原理
200M2烧结机配料系统包括12个配料仓、8台皮带称、4台减量称、8条配料小皮带、4台蛟龙给料器、7条上料皮带和两台高压混合机构成，其中1#、2#、5#、6#配料仓为混合料仓，3#、4#配料仓为冷返矿仓，7#、8#配料仓为燃料仓，9#、10#为生石灰仓，11、12#为白云石粉仓。各原料下到配料小皮带由配料秤与测速传感器发出重量与速度信号送至配料秤主机，配料秤主机发出称料信号送至控制系统，控制系统发送是定信号给配料秤主机，配料秤主机通过PID调节控制小皮带变频器调节小皮带速度达到控制料仓下料量的目的，并根據设定的料比实现自动配料。其工艺流程如图1所示。
图1、配料系统工艺流程图
3 配料系统控制功能
烧结配料是烧结生产的核心，对各种物料进行合理的配比，是提高烧结矿品位的关键。采用基于PROFIBUS总线的分布式过程控制系统，实现自动配料。配料控制是一个三电一体化控制的控制系统，其原理系统图如图2所示。
图2 配料控制原理
图中M1为小皮带变频电机，WE是测重传感器，SE是速度传感器。该两个信号同时输入到配料秤主机中。配料秤主机的功能是把称重信号PV1和速度信号PV2进行计算并把瞬时值和累计值通过浮点数格式发送给PLC，并通过PID调节把4～20mA电流信号发送给变频器控制小皮带速度从而达到自动配料和上位机显示的功能。
4 控制系统设计
4.1硬件组态部分
本系统通过西门子公司生产的SIMATIC S7-300的CPU315-2 DP作为主站，ET200、现场图尔克FXDP数字输入输出模块和图尔克BL67系列模块作为从站。首先采用西门子300PLC配套软件STEP7 5.4进行硬件组态，双击打开Hardware,在HW Config中进行硬件组态。具体硬件组态图如图3所示。
图3 配料系统硬件组态图
4.2系统的网络结构
本系统由于现场设备分散，设备间距离范围大的原因采用了Profibus-DP现场总线控制技术，PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。监控管理层采用扩展性和兼容性很好的星型拓扑结构计算机网络，使用TCP/IP协议实现网络通讯，通讯速率可达100Mbps。网络拓扑图见图4。
图4 配料系统网络拓扑图
4.3 软件编程部分
4.3.1 SETP 7程序部分
硬件组态完成后，选中S7 Program中的Blocks双击打开进行程序编写。建立组织块（OB）、功能块（FC）、数据块（DB）等模块进行模块化编程。程序的编写采用一贯的梯形图和STL语句编写方式。通过SETP 7编程使PLC系统实现下列具体控制。
（1）运行方式控制。包括三种控制状态，分别是自动控制运行、手动控制运行和停止状态。
（2）数据通讯。包括配料秤主机与PLC之间的数据通讯、变频器与PLC之间的数据通讯、PLC之间的数据通讯等。
（3）自诊断功能。对系统设备本身故障和设备运行故障进行诊断和分析，并具有故障储存和记忆功能。
4.3.2 WINCC上位机画面部分
上位机监控画面采用西门子组态软件WINCC6.0软件设计。
（1）WINCC配料界面：主控室主控工可通过WINCC配料界面上对8台电子秤和4台减量称的配料进行管理，配方设定，各类配料量累计，计算所占混合料的百分比，打印生产报表等操作。WINCC配料界面如图5所示。
图5 WINCC配料界面
（2）WINCC上料界面：主控室主控工可根据WINCC上料界面联锁启动和停止200上料系统并通过设备状态显示窗口及时了解和掌握现场设备的运行状态和故障信息，通过这些故障信息可以更及时的通知电工处理设备电气故障。WINCC上料界面如图6所示。
图6 WINCC上料界面
5 结束语
本文介绍了SIMATIC S7-300型PLC和WINCC软件在烧结配料控制系统中的应用。本系统自投产运行以来，无论在精度、稳定性及其它一些控制系统质量指标和节约成本方面，均能达到满意的效果，保证了三钢烧结厂烧结矿产量质量的稳步提高,取得了较好的经济效益。
[关键字] 烧结机配料系统 ；SIMATIC S7-300；自动控制
1 系统选型及特点
系统选型上采用SIMATIC S7-300可编程控制器配以先进的WINCC监控软件，实现200M2烧结机配料系统的自动控制和上位机监控的各项功能。
———SIMATIC S7-300 可编程控制器能满足中等性能要求的控制系统应用。具有以下特点：1）采用模块化结构，具备高速的指令运算速度；2）具有强大的通信功能可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单；3）具有多种不同的通信接口，实现分布式系统和扩展通讯能力都很简便，组成系统灵活自如；4）系统稳定性强，用户友好性强，操作简单。
———WINCC是西门子推出的软件组合平台，可开发出较强的组合画面。具有以下特点：1）WinCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告；2）具有强大的标准接口，统一脚本语言；3）强大的功能和简洁直观的操作方式；4）灵活实用的设置功能和管理功能。
2 配料系统工作原理
200M2烧结机配料系统包括12个配料仓、8台皮带称、4台减量称、8条配料小皮带、4台蛟龙给料器、7条上料皮带和两台高压混合机构成，其中1#、2#、5#、6#配料仓为混合料仓，3#、4#配料仓为冷返矿仓，7#、8#配料仓为燃料仓，9#、10#为生石灰仓，11、12#为白云石粉仓。各原料下到配料小皮带由配料秤与测速传感器发出重量与速度信号送至配料秤主机，配料秤主机发出称料信号送至控制系统，控制系统发送是定信号给配料秤主机，配料秤主机通过PID调节控制小皮带变频器调节小皮带速度达到控制料仓下料量的目的，并根據设定的料比实现自动配料。其工艺流程如图1所示。
图1、配料系统工艺流程图
3 配料系统控制功能
烧结配料是烧结生产的核心，对各种物料进行合理的配比，是提高烧结矿品位的关键。采用基于PROFIBUS总线的分布式过程控制系统，实现自动配料。配料控制是一个三电一体化控制的控制系统，其原理系统图如图2所示。
图2 配料控制原理
图中M1为小皮带变频电机，WE是测重传感器，SE是速度传感器。该两个信号同时输入到配料秤主机中。配料秤主机的功能是把称重信号PV1和速度信号PV2进行计算并把瞬时值和累计值通过浮点数格式发送给PLC，并通过PID调节把4～20mA电流信号发送给变频器控制小皮带速度从而达到自动配料和上位机显示的功能。
4 控制系统设计
4.1硬件组态部分
本系统通过西门子公司生产的SIMATIC S7-300的CPU315-2 DP作为主站，ET200、现场图尔克FXDP数字输入输出模块和图尔克BL67系列模块作为从站。首先采用西门子300PLC配套软件STEP7 5.4进行硬件组态，双击打开Hardware,在HW Config中进行硬件组态。具体硬件组态图如图3所示。
图3 配料系统硬件组态图
4.2系统的网络结构
本系统由于现场设备分散，设备间距离范围大的原因采用了Profibus-DP现场总线控制技术，PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。监控管理层采用扩展性和兼容性很好的星型拓扑结构计算机网络，使用TCP/IP协议实现网络通讯，通讯速率可达100Mbps。网络拓扑图见图4。
图4 配料系统网络拓扑图
4.3 软件编程部分
4.3.1 SETP 7程序部分
硬件组态完成后，选中S7 Program中的Blocks双击打开进行程序编写。建立组织块（OB）、功能块（FC）、数据块（DB）等模块进行模块化编程。程序的编写采用一贯的梯形图和STL语句编写方式。通过SETP 7编程使PLC系统实现下列具体控制。
（1）运行方式控制。包括三种控制状态，分别是自动控制运行、手动控制运行和停止状态。
（2）数据通讯。包括配料秤主机与PLC之间的数据通讯、变频器与PLC之间的数据通讯、PLC之间的数据通讯等。
（3）自诊断功能。对系统设备本身故障和设备运行故障进行诊断和分析，并具有故障储存和记忆功能。
4.3.2 WINCC上位机画面部分
上位机监控画面采用西门子组态软件WINCC6.0软件设计。
（1）WINCC配料界面：主控室主控工可通过WINCC配料界面上对8台电子秤和4台减量称的配料进行管理，配方设定，各类配料量累计，计算所占混合料的百分比，打印生产报表等操作。WINCC配料界面如图5所示。
图5 WINCC配料界面
（2）WINCC上料界面：主控室主控工可根据WINCC上料界面联锁启动和停止200上料系统并通过设备状态显示窗口及时了解和掌握现场设备的运行状态和故障信息，通过这些故障信息可以更及时的通知电工处理设备电气故障。WINCC上料界面如图6所示。
图6 WINCC上料界面
5 结束语
本文介绍了SIMATIC S7-300型PLC和WINCC软件在烧结配料控制系统中的应用。本系统自投产运行以来，无论在精度、稳定性及其它一些控制系统质量指标和节约成本方面，均能达到满意的效果，保证了三钢烧结厂烧结矿产量质量的稳步提高,取得了较好的经济效益。