西門(mén)子PLC及MCGS在球磨機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

武 君

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255052）

1 概述

球磨機(jī)是冶金、陶瓷、化工等行業(yè)缺一不可的設(shè)備，球磨機(jī)的大型化已成為其技術(shù)發(fā)展的主要方向。而大型磨機(jī)在工作過(guò)程中對(duì)電能的消耗更大，約占整個(gè)工廠的15%以上，設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)、可靠的控制系統(tǒng)確保其安全、高效運(yùn)行不僅能提生產(chǎn)效率，并且是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗的重要途徑[1-2]。

傳統(tǒng)電控柜控制設(shè)計(jì)是用各種儀表、指示燈做顯示單元，用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕等做控制單元，各相關(guān)柜子間用硬線連接作為控制和連鎖信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的配合工作。其施工工程量大，安裝成本高，操作過(guò)程復(fù)雜，且工作過(guò)程極易出現(xiàn)故障；本文所設(shè)計(jì)的球磨機(jī)控制系統(tǒng)以PROFIBUSDP和以太網(wǎng)通訊方式為主，結(jié)合少量的硬接線通訊方式，把系統(tǒng)內(nèi)所有的信號(hào)集中到綜合信號(hào)柜的西門(mén)子S7300PLC中，使用昆侖通態(tài)（MCGS）液晶屏顯示屏做現(xiàn)場(chǎng)控制界面的顯示，并把所有信號(hào)通過(guò)DP/DP coupler上傳到上位機(jī)中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，做DCS遠(yuǎn)程控制，達(dá)到集散型控制的目的。本控制系統(tǒng)在節(jié)約施工成本的同時(shí)，提高了磨機(jī)系統(tǒng)的工作效率和安全運(yùn)行保障。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

此磨機(jī)控制系統(tǒng)以綜合PLC柜SIMATIC 300(1)做主站（地址為2），3個(gè)潤(rùn)滑站（地址3,4,5）、水阻柜（地址7）、進(jìn)相柜（地址8）、DP/DP coupler（地址6）作為從站(如圖1，圖2)，采取DP總線通訊方式把從站的數(shù)據(jù)輸送到主站;高壓柜（一次線開(kāi)關(guān)柜）及輔傳現(xiàn)場(chǎng)箱通過(guò)少量的硬接線接到主柜內(nèi)的CPU輸入模塊，由主站CPU把這些信號(hào)處理后，一部分信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式到操作現(xiàn)場(chǎng)昆侖通態(tài)觸摸屏，做現(xiàn)場(chǎng)操作及監(jiān)控信號(hào)，另一部分以DP/DP coupler做轉(zhuǎn)換后，以DP通訊方式把信號(hào)送到DCS。

圖1 主從站的PLC組成

圖2 各站點(diǎn)的地址分配

2.1 綜合柜PLC （主站）設(shè)計(jì)

綜合柜中的PLC是控制系統(tǒng)的核心，作為主站，完成所有信號(hào)采集連鎖、變送、顯示任務(wù)，其PLC硬件組態(tài)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3：

圖3 綜合柜PLC主站總程序構(gòu)成局部圖

綜合柜PLC（主站）的程序結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，對(duì)其采用分布式編程和結(jié)構(gòu)化編程（模塊化編程），由于此系統(tǒng)牽涉的控制部分較多，有的控制過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，例如磨機(jī)主軸承潤(rùn)滑站、水阻柜、進(jìn)相柜，就適宜編成獨(dú)立的塊；有的控制過(guò)程類似或相關(guān)，例如減速機(jī)潤(rùn)滑和電機(jī)軸承潤(rùn)滑，就適宜編成通用FB塊，然后在OB1模塊進(jìn)行調(diào)用，完成減速機(jī)潤(rùn)滑和電機(jī)軸承潤(rùn)滑控制，包括總程序構(gòu)成（局部）、在OB1調(diào)用FB4、FB4程序局部圖，這樣就簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)過(guò)程，減少了代碼長(zhǎng)度，提高了編程效率。

2.2 磨機(jī)控制系統(tǒng)從站PLC系統(tǒng)

磨機(jī)控制系統(tǒng)包括3個(gè)潤(rùn)滑站（地址3,4,5）、水阻柜（地址7）、進(jìn)相柜（地址8）、DP/DP coupler（地址6）等PLC系統(tǒng)從站，負(fù)責(zé)和綜合PLC柜以DP總線通訊方式交換數(shù)據(jù)，以磨機(jī)主軸承潤(rùn)滑站控制柜為例，現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏局部畫(huà)面如圖4：

圖4 磨機(jī)主軸承潤(rùn)滑站參數(shù)界面

2.3 磨機(jī)系統(tǒng)報(bào)警及停機(jī)信號(hào)處理設(shè)計(jì)

磨機(jī)系統(tǒng)采集的信號(hào)，參與磨機(jī)系統(tǒng)的主電機(jī)運(yùn)行的保護(hù)，主要有潤(rùn)滑站故障信號(hào)、電機(jī)部分的溫度信號(hào)、磨機(jī)中空軸及瓦溫信號(hào)、減速機(jī)軸承溫度信號(hào)、離合器限位信號(hào)、高壓柜、水阻柜、進(jìn)相柜、故障信號(hào)，這些信號(hào)，是保護(hù)磨機(jī)必須的。

3 現(xiàn)場(chǎng)操作觸摸屏設(shè)計(jì)

觸摸屏取代按鈕站，操作磨機(jī)系統(tǒng)的潤(rùn)滑站、高壓柜等主要組成部分，并能監(jiān)視各部分參數(shù)運(yùn)行情況，設(shè)定保護(hù)值，查看參數(shù)數(shù)值的歷史曲線及報(bào)警記錄等，本系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)TPC1262Hi液晶屏。

TPC1262Hi液晶屏，是一套以先進(jìn)的Cortex-A8 CPU為核心（主頻600MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了12.1英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×600），四線電阻式觸摸屏（分辨率4096×4096），以及具有良好的電磁屏蔽性，美觀堅(jiān)固的鋁合金結(jié)構(gòu)。同時(shí)還預(yù)裝了MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版），具備強(qiáng)大的圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能。綜合柜的PLC通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式到操作現(xiàn)場(chǎng)昆侖通態(tài)觸摸屏，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

把各操作站點(diǎn)設(shè)置成各子窗口，并點(diǎn)擊各菜單激活或關(guān)閉窗口，每個(gè)窗口顯示不同的內(nèi)容，所有窗口名稱如下：目錄窗口、操作窗口、綜合流程圖、主電機(jī)溫度及磨機(jī)軸溫窗口、減速機(jī)軸承溫度窗口、中空軸溫度曲線窗口、歷史曲線窗口、靜壓潤(rùn)滑窗口、電機(jī)軸承潤(rùn)滑窗口、主減速機(jī)潤(rùn)滑窗口、報(bào)警窗口、跳停窗口?，F(xiàn)給出綜合流程窗口、操作窗口、歷史曲線窗口做簡(jiǎn)要介紹：綜合流程窗口可以更直觀的觀察各組成部分的運(yùn)行狀態(tài)：油泵運(yùn)行時(shí)顏色為綠，停止時(shí)顏色為紅，其他部分運(yùn)行及停止也是顏色區(qū)分顯示（運(yùn)行時(shí)顏色為綠，停止時(shí)顏色為紅），壓力、溫度、流量、電流值顯示出實(shí)際值。操作窗口：當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到觸摸屏?xí)r，操作窗口的各按鈕條可以操作所有部分，狀態(tài)顯示條顯示各部分運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行時(shí)框條由紅色變綠色）及故障狀態(tài)（故障時(shí)框條由綠色變紅色）。

歷史曲線窗口以4小時(shí)做顯示單位，中空軸溫度以不同顏色區(qū)分各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度；另外，主電機(jī)電流也在這屏內(nèi)顯示，以左右箭頭鍵查看歷史記錄。

4 磨機(jī)系統(tǒng)綜合柜PLC和DCS之間通訊設(shè)計(jì)

由于上位機(jī)(DCS)是采用霍尼韋爾（Honeywell）C300系列，也屬于主站網(wǎng)絡(luò)，通訊波特率為12M,而綜合柜的西門(mén)子S7300PLC也已設(shè)定為主站網(wǎng)絡(luò)，通訊波特率為1.5M，所以選擇DP/DP Coupler做信號(hào)傳輸模塊。

4.1 DP/DP Coupler對(duì)系統(tǒng)綜合柜PLC和DCS之間的連接

DP/DP Coupler用于連接兩個(gè)Profibus-DP主站網(wǎng)絡(luò)，以便在這兩個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)通訊區(qū)最高可以達(dá)244字節(jié)輸入和244字節(jié)的輸出.DP/DP Coupler模塊（如圖5）具有如下特點(diǎn)：

圖5 DP/DP Coupler模塊

連接兩個(gè)不同的Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊速率，站地址可以不同；最多可以建立16個(gè)I/O數(shù)據(jù)交換區(qū)；兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)電氣隔離，一個(gè)網(wǎng)段故障不影響另一個(gè)網(wǎng)段的運(yùn)行；支持DPV1全模式診斷；可通過(guò)DIL開(kāi)關(guān)、Step 7或其它編程工具設(shè)定Profibus站地址；采取雙路冗余供電方式（本系統(tǒng)雙電源分別是PLC電源-PS307和外配24V直流開(kāi)關(guān)電源。

對(duì)于DP/DP Coupler連接的兩個(gè)網(wǎng)段,通訊速率可以不同,因此DP/DP Coupler非常適用于不同通訊速率的兩個(gè)Profibus-DP主站系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊,但是對(duì)于通訊數(shù)據(jù)區(qū)，網(wǎng)絡(luò)1（磨機(jī)PLC綜合柜）的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)2（DCS）的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng)，同樣網(wǎng)絡(luò)2的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)1的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng),否則會(huì)造成通訊故障。

4.2 DP/DP Coupler的硬件組態(tài)及通訊編程

根據(jù)磨機(jī)系統(tǒng)綜合柜PLC需要輸出160B到DCS系統(tǒng)，DCS需要輸出32B到綜合柜PLC。通訊數(shù)據(jù)編程也用結(jié)構(gòu)化編程，把需要的通訊數(shù)據(jù)編成FC7，F(xiàn)C8兩個(gè)功能，在OB1進(jìn)行調(diào)用，并用塊傳送指令傳送數(shù)據(jù)。

4.3 DCS信號(hào)顯示

DCS接受綜合PLC通訊數(shù)據(jù)信號(hào)后，在中控室操作屏上能顯示和現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏一樣的數(shù)據(jù)；中控制室操作人員在中控室能方便的觀察各運(yùn)行參數(shù)并能起停各設(shè)備（遠(yuǎn)程允許信號(hào)需閉合）。

5 結(jié)語(yǔ)

此控制系統(tǒng)自研發(fā)出后，已在氧化鋁原料工序和煤粉制備工序成功運(yùn)用，以操作界面清晰明了、信號(hào)保護(hù)周全、操作簡(jiǎn)單直接、故障易于查找等優(yōu)點(diǎn)，收到了用戶的好評(píng)。以后要加強(qiáng)和各用戶的溝通，虛心聽(tīng)取用戶的意見(jiàn)，不斷改進(jìn)，使這套系統(tǒng)更加完善。