球團(tuán)給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

陳鴻桂 付 斌* 廖 亮

(1.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080；2.武鋼程潮礦業(yè)有限公司 湖北 鄂州：436051)

球團(tuán)給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

陳鴻桂1付 斌1*廖 亮2

(1.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080；2.武鋼程潮礦業(yè)有限公司 湖北 鄂州：436051)

武鋼程潮礦業(yè)有限公司的11臺(tái)圓盤給料機(jī)采用MOX(悉雅特)PLC及西門子6ES70變頻器控制，由于二者通訊不兼容，造成對(duì)變頻器的調(diào)速及控制非常不方便。為了克服這種弊端，在圓盤給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)中并入西門子控制系統(tǒng)，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)和西門子S7-200PLC組成。西門子控制系統(tǒng)具有兩大功能，一是監(jiān)控計(jì)算機(jī)能夠監(jiān)控圓盤給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并能設(shè)置、顯示有關(guān)參數(shù)；二是監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)S7-200PLC讀寫西門子6ES70變頻器的參數(shù)，控制圓盤給料機(jī)的運(yùn)行及速度，從而方便生產(chǎn)技術(shù)人員的操作并提高生產(chǎn)效率。

給料機(jī)；監(jiān)控計(jì)算機(jī)；S7-200PLC；技術(shù)改造；球團(tuán)礦；球團(tuán)生產(chǎn)；MOX系統(tǒng)

1 研究背景

球團(tuán)生產(chǎn)工藝是一種提煉球團(tuán)礦的生產(chǎn)工藝。球團(tuán)礦是把細(xì)磨鐵精礦粉或其他含鐵粉料加入少量添加劑混合后，在加水潤(rùn)濕的條件下，通過(guò)造球機(jī)滾動(dòng)成球，再經(jīng)過(guò)干燥焙燒，固結(jié)成為具有一定強(qiáng)度和冶金性能的球型含鐵原料。武鋼程潮礦業(yè)有限公司球團(tuán)分公司現(xiàn)有3臺(tái)鐵精礦倉(cāng)圓盤給料機(jī)和2臺(tái)膨潤(rùn)土倉(cāng)圓盤給料機(jī)，用于控制精礦和膨潤(rùn)土給料量的混料配比，還有6臺(tái)混料倉(cāng)圓盤給料機(jī)控制混料倉(cāng)的原料通過(guò)皮帶機(jī)送入造球機(jī)與水滴生成生球。整個(gè)生球成球系統(tǒng)料量的配比是由上述11臺(tái)給料機(jī)完成的，11臺(tái)給料機(jī)是由西門子6ES70變頻器(電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)。從原料到成品球團(tuán)入庫(kù)的整個(gè)生產(chǎn)工藝流程由球團(tuán)分公司主控室的MOX(悉雅特)PLC控制，由于MOX PLC與西門子6ES70變頻器通訊不兼容，只能通過(guò)變頻器的外部端子或外部模擬量通道控制變頻器的啟停和速度調(diào)節(jié)。MOX控制系統(tǒng)中變頻器的模擬量調(diào)速方式有兩種：一是利用電位器調(diào)速，二是通過(guò)皮帶稱輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)調(diào)速，皮帶秤的流量則由MOX PLC控制。因此，不能在主控室對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)速，生產(chǎn)技術(shù)人員只能跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況的變化和需要，頻繁進(jìn)入配電室，在變頻器的BOP面板上修改參數(shù)進(jìn)行調(diào)速；或者打開生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作箱，調(diào)節(jié)箱內(nèi)電位器的阻值進(jìn)行調(diào)速。這二種調(diào)速方式不僅非常麻煩，而且存在安全隱患。因此，必須對(duì)球團(tuán)圓盤給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，新增西門子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變頻器的快捷方便控制及調(diào)速。

2 西門子控制系統(tǒng)的硬件配置及工作原理

保持原有的圓盤給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)不變，新增西門子S7-200PLC及監(jiān)控計(jì)算機(jī)(監(jiān)控上位機(jī))，組成對(duì)圓盤給料機(jī)的西門子控制系統(tǒng)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示有關(guān)參數(shù)并通過(guò)S7-200PLC讀寫6ES70變頻器的參數(shù)。圓盤給料機(jī)MOX控制系統(tǒng)+西門子控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 圓盤給料機(jī)(電動(dòng)機(jī))MOX控制系統(tǒng)+西門子控制系統(tǒng)方框圖

2.1 西門子控制系統(tǒng)的硬件配置

將監(jiān)控計(jì)算機(jī)、S7-200PLC及6eS70變頻器連接，監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200PLC采用以太網(wǎng)通訊，S7-200PLC與變頻器采用USS通訊。監(jiān)控計(jì)算機(jī)、S7-200PLC及變頻器三者的連接方式如圖2所示。監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示S7-200PLC采集的中間變量，達(dá)到監(jiān)控變頻器的目的。但是在實(shí)際應(yīng)用中遇到了監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-200PLC通信驅(qū)動(dòng)問題，由于S7-200PLC比WinCC組態(tài)軟件推出晚，因此WinCC軟件中沒有集成S7-200PLC的通信驅(qū)動(dòng)程序，需要安裝S7-200PLC的OPC通訊軟件PC ACCESS，由OPC通道將S7-200PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接，二者的連接分三步進(jìn)行：

(1)在STEP7-Micro/WIN軟件中完成以太網(wǎng)通訊模塊CP243-1的配置，注意第一次配置完成后只能使用PPI/PC電纜下載程序。完成配置后需要在程序中調(diào)用以太網(wǎng)向?qū)THx_CTRL塊，將程序下裝到S7-200PLC，然后將PLC斷電再重新上電后，上述配置才能生效。

(2)在S7-200.OPCServer軟件中配置與S7-200PLC相同的通訊協(xié)議并建立連接，將S7-200PLC符號(hào)表中的變量全部導(dǎo)入S7-200.OPCServer項(xiàng)目文件中，進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試并保存后監(jiān)控計(jì)算機(jī)才能調(diào)用。

(3)在WinCC軟件的變量管理器中添加OPC.CN驅(qū)動(dòng)程序,然后右擊“OPC GROUPS”，選擇“系統(tǒng)參數(shù)”，在OPC條目管理器中查找“S7-200.OPCServer”，將S7-200.OPCServer里建立的PLC變量添加到條目中。

圖2 變頻器、PLC、監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接示意圖

2.2 西門子控制系統(tǒng)的工作原理

監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)OPC通道完成了與S7-200PLC的通訊連接，最后在WinCC軟件中組態(tài)監(jiān)控畫面，組態(tài)監(jiān)控畫面時(shí)可以直接使用OPC服務(wù)器中的項(xiàng)目名稱，相當(dāng)于調(diào)用了S7-200PLC中對(duì)應(yīng)的變量地址進(jìn)行變頻器控制，其監(jiān)控畫面如圖3所示。畫面中RUNOFF按扭是控制變頻器的起停按鈕、報(bào)警復(fù)位按扭可進(jìn)行變頻器故障復(fù)位，這兩個(gè)按扭只有在BICO按扭置1時(shí)才有效。當(dāng)BICO按扭為0時(shí)，變頻器的起停由原MOX控制系統(tǒng)經(jīng)變頻器

外部端子控制。畫面中變頻器的工作指示、報(bào)警指示、狀態(tài)指示及轉(zhuǎn)速反饋顯示，不受BICO按扭狀態(tài)的影響。變頻器狀態(tài)指示可隨機(jī)顯示變頻器工作時(shí)的參數(shù)。如果要在線進(jìn)行變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)按扭需置1才有效，轉(zhuǎn)速設(shè)定值對(duì)應(yīng)變頻器頻率附加值給定參數(shù)P433，輸入正數(shù)在變頻器主給定頻率參數(shù)P443的基礎(chǔ)上加速，輸入負(fù)數(shù)則減速。讀寫變頻器參數(shù)時(shí)根據(jù)參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，選擇對(duì)應(yīng)參數(shù)欄輸入變頻器的參數(shù)，單擊寫或讀按扭就可對(duì)變頻器中對(duì)應(yīng)的參數(shù)行修改。

圖3 監(jiān)控計(jì)算機(jī)WinCC軟件中的監(jiān)控畫面

3 西門子控制系統(tǒng)的控制程序及有關(guān)參數(shù)

完成西門子控制系統(tǒng)的硬件配置后，還要進(jìn)行S7-200PLC的USS通訊控制程序設(shè)計(jì)及6ES70變頻器的有關(guān)參數(shù)設(shè)置。

3.1 控制程序設(shè)計(jì)

S7-200PLC通過(guò)西門子USS通信協(xié)議與6eS70變頻器通訊。首先在編程軟件STEP7-Micro/WIN中安裝西門子的USS指令庫(kù)，編程時(shí)可直接使用庫(kù)中USS Protocol提供的指令來(lái)控制變頻器的啟停及參數(shù)的讀寫，通訊控制程序流程圖如圖4所示。

圖4 通訊控制程序流程圖

在圖4中，USS_CTRL指令用于控制變頻器，每臺(tái)變頻器有一條USS_CTRL指令,有幾臺(tái)變頻器就有幾條USS_CTRL指令。該指令中的參數(shù)Drive(驅(qū)動(dòng)器地址)輸入變頻器的地址，填寫的地址在USS_INIT指令的ACTIVE(激活)參數(shù)中，變頻器參數(shù)設(shè)置P700要與該地址一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)指令中OFF2、OFF3、Fault(故障)和Inhibit(禁止)為0，RUN(運(yùn)行)為ON時(shí)，變頻器收到命令，按指定的速度和方向開始運(yùn)行。USS指令庫(kù)中共有6種參數(shù)讀寫功能塊，分別用于讀寫驅(qū)動(dòng)裝置中不同格式的參數(shù)，各功能塊的功能如表1所示。

變頻器參數(shù)讀寫指令采用與USS_CTRL功能塊不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。由于多臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置把參數(shù)讀寫指令中用到的PKW數(shù)據(jù)處理作為后臺(tái)任務(wù)，參數(shù)讀寫的速度要比控制功能塊慢一些，執(zhí)行這些指令需要更多的等待時(shí)間，且在任一時(shí)刻USS主站

表1 USS庫(kù)中功能塊的功能

內(nèi)只能有一個(gè)參數(shù)讀寫功能塊有效，否則會(huì)出錯(cuò)，因此，如果需要讀寫多個(gè)參數(shù)(來(lái)自一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置)，必須在編程時(shí)進(jìn)行讀寫指令之間的輪替處理，將三組讀寫指令觸點(diǎn)聯(lián)鎖，每種參數(shù)指令只調(diào)用1條，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)中將在線變頻器參數(shù)集中讀寫控制，確保在同一時(shí)刻只有一臺(tái)變頻器一種參數(shù)進(jìn)行讀寫操作，變頻器參數(shù)讀寫畫面如圖5所示。

圖5 變頻器參數(shù)讀寫畫面

3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

要實(shí)現(xiàn)S7-200PLC與6ES70變頻器USS通訊，除了要進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)外，還要在變頻器中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，變頻器的主要參數(shù)見表2。

表2 變頻器的主要參數(shù)

在表2中，變頻器的啟動(dòng)信號(hào)源于P554，設(shè)置了兩種控制方式。

方式一：P554.1=22為外部端子起停變頻器，保持原MOX控制系統(tǒng)中的控制方式；

方式二：P554.2=6100為串行通訊端口2控制變頻器的起停。

兩種控制方式通過(guò)WinCC監(jiān)控畫面中的BICO按鈕進(jìn)行切換。變頻器主給定頻率參數(shù)P443的標(biāo)號(hào)1和標(biāo)號(hào)2(P443.1=P443.2=13)都設(shè)置由外部模擬量2給定，保持原MOX控制系統(tǒng)中的控制方式；而變頻器附加給定頻率參數(shù)P433的標(biāo)號(hào)1和標(biāo)號(hào)2(P433.1=P433.2=6002)都設(shè)置由串行通訊端口2控制，該參數(shù)設(shè)置方式保證在BICO參數(shù)變換下，變頻器的主給定頻率和附加給定頻率的給定源不變，且兩種頻率給定方式同時(shí)存在，共同控制變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)了在原MOX控制系統(tǒng)控制方式不變的情況下，將新增的西門子控制系統(tǒng)作為補(bǔ)充，并入MOX控制系統(tǒng)中，共同對(duì)圓盤給料機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作。

4 改造效果

改造后的新控制系統(tǒng)運(yùn)行已經(jīng)一年多時(shí)間了，通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，西門子系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)顯著，其運(yùn)行可靠、故障率小。既能對(duì)圓盤給料機(jī)(變頻器)的運(yùn)行進(jìn)行控制，又能對(duì)圓盤給料機(jī)(變頻器)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還能非常方便地調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)(變頻器)的運(yùn)行速度及讀寫變頻器的參數(shù)。不僅降低了生產(chǎn)技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還大大提高了生球的成球率及成品球的產(chǎn)量和質(zhì)量，生球的成球率由原來(lái)的85%提高到95%，球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯中結(jié)塊或結(jié)圈的現(xiàn)象由以往的每年10多次降為現(xiàn)在的每年4次左右。經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，應(yīng)用前景十分廣闊。

[1] 廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[2] 李軍.WinCC組態(tài)技巧與技術(shù)問答[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[3] 孟曉芳等.西門子系列變頻器及其工程應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

TechnicalTransformationofMOXControlSystemforPelletFeeder

Chen Honggui1Fu Bin1Liao Liang2

(1.Wuhan Engineering Institute, Wuhan 430080, Hubei； 2.Chenchao Mining Co., Ltd., Ezhou 436051, Hubei)

The 11 disc feeders of Chenchao mining company are under the control of MOX PLC and SIEMENS 6ES70 inverter. Because these two systems are not compatible in communication, it is very inconvenient to regulate speed and control the inverter. To overcome these drawbacks, disc feeder in MOX control system is incorporated into the SIEMENS control system which is composed of a monitoring computer and SIEMENS S7-200PLC. SIEMENS control system has two functions, one is to monitor the running state of the disc feeder and display related parameters; the other is to monitor the computer through S7-200PLC to read and write parameters of SIEMENS 6ES70 inverter control and to control disk feeder operation and its speed, so as to make it friendly to operate and improve production efficiency.

feeder; monitoring computer; S7-200PLC; technology transformation; pellet; pellet production; MOX system

TP273；TF351.2

A

1671-3524(2017)03-0032-04

2017-06-06

2017-07-10

陳鴻桂(1981～)，男，大學(xué)，講師；*

付 斌(1958～)，男，大學(xué)，副教授.E-mail：mcs8031fb@163.com

(責(zé)任編輯：李文英)