吳勁松

(安徽銅冠機械股份有限公司)

基于PROFIBUS總線的陶瓷過濾機集中控制系統(tǒng)設計

吳勁松

(安徽銅冠機械股份有限公司)

江西銅業(yè)股份有限公司某選廠根據現場實際情況，設計了一套PROFIBUS工業(yè)現場總線控制系統(tǒng)，提出采用SIMTIC NET將裝有西門子CP5611通訊卡的工業(yè)控制PC設置成一個虛擬PROFIBUS主站，并安裝組態(tài)王KingView組態(tài)軟件，組態(tài)王通過OPC服務功能與SIMTIC NET交換數據，主站、從站之間通過PROFIBUS總線直接進行通信、數據采集和交換，從而實現對多臺陶瓷過濾機及其周邊系統(tǒng)的集中控制。結果表明：該控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、較高的控制精度和品質。

PROFIBUS總線 CP5611 組態(tài)王 陶瓷過濾機 集中控制

PROFIBUS現場總線，即過程現場總線，是面向工廠自動化、流程自動化的一種國際性的現場總線標準，是目前國際上通用的現場總線標準之一，它以其獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的和應用最廣泛的現場總線標準。目前PROFIBUS總線已經覆蓋制造業(yè)、樓宇自動化和過程自動化等多個自動化領域。

陶瓷過濾機是一種礦漿脫水設備，具有高效益、低能耗、自動化程度高、運行可靠、濾餅含水量低等特點，是目前選礦脫水的首選設備，廣泛應用于冶金、礦山、化工等行業(yè)。江西銅業(yè)股份有限公司某選礦廠精礦工段目前裝有6臺陶瓷過濾機，這些陶瓷過濾機及其周邊設備分散于企業(yè)生產現場，生產線較長，操作控制極不方便，工人勞動強度大，為了提高生產的自動化程度，設計了一套基于PROFIBUS總線的陶瓷過濾機集中控制系統(tǒng)。

1 設計方案

1.1 技術要求

現場6臺陶瓷過濾機過濾2種礦產品，分別是銅精粉和硫精粉(現場工藝見圖1)，因此精礦集中控制系統(tǒng)應分成銅系統(tǒng)和硫系統(tǒng)，2個系統(tǒng)由1臺計算機控制，銅系統(tǒng)和硫系統(tǒng)的陶瓷過濾機分別與其對應的泵、閥、皮帶等周邊設備實現聯啟聯停、故障報警、聯鎖、緊急停止及日常生產管理報表記錄等功能。

圖1 現場工藝

1.2 總體設計方案

精礦集中控制系統(tǒng)采用1臺高性能工控機安裝CP5611卡和SIMTIC NET2005軟件，組態(tài)成PROFIBUS主站，并生成PROFIBUS總線，6臺陶瓷過濾機的控制系統(tǒng)采用S7-200系列PLC控制，每臺PLC增加1只EM277模塊，作為PROFIBUS從站連接在總線上。另考慮陶瓷過濾機控制系統(tǒng)的獨立性，單獨制作1套控制系統(tǒng)，對于周邊設備(泵、閥、皮帶等)進行控制，該控制系統(tǒng)也應用S7-200系列PLC并安裝EM277模塊，作為PROFIBUS從站連接在總線上設計方案原理見圖2。

在PROFIBUS總線設計完成后，在主站PC上安裝組態(tài)王6.52版軟件，進一步將其改造成監(jiān)控站，形成一個PROFIBUS主站與監(jiān)控站一體的控制器工作站，組態(tài)王和主站之間采用OPC方式通訊，提供監(jiān)控人機界面，實現所需的功能。

圖2 設計方案原理框圖

2 硬件配置

2.1 周邊設備控制系統(tǒng)硬件配置

設計周邊設備控制系統(tǒng)采用西門子S7-200 PLC作為控制系統(tǒng)核心[1]，由于需要控制的泵、閥、皮帶較多，CPU采用226型號，該CPU具有16點數字量輸入和16點數字量輸出，擴展3只EM222模塊，以增加PLC的輸出點數，每只模塊可增加8點數字量輸出。增加1塊EM277模塊以支持PROFIBUS總線，EM277模塊的站號設置為17號站。周邊設備控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)原理見圖3。

圖3 周邊設備控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)原理

2.2 各臺陶瓷過濾機控制系統(tǒng)

由于現場已有的陶瓷過濾機的控制系統(tǒng)均為西門子S7-200系列，可通過外掛EM277模塊支持PROFIBUS，因此6臺陶瓷過濾機的PLC全部增加一塊EM277模塊，按順序將各臺陶瓷過濾機的EM277模塊站號設置為11～16。

2.3 計算機主站硬件配置

為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，主站采用研華原裝工控機。由于監(jiān)控內容較多，監(jiān)示器選擇21寸液晶顯示器，以便在同一監(jiān)控畫面顯示更多的內容。為了讓工控機支持PROFIBUS通訊，在工控機內安裝一塊PCI接口的CP5611通訊卡。

2.4 PROFIBUS總線連接[2]

整個脫水工段生產線較長，為了保證通訊質量，通訊電纜選用西門子專用的DP電纜，接頭選用專用的西門子DP接頭，該DP接頭接線方便，內置終端電阻，可通過開關啟用。用DP電纜和DP接頭將工控機、6臺陶瓷過濾機和1臺周邊設備控制PLC的EM277串接起來，形成總線，總線兩端接入終端電阻。

3 系統(tǒng)實現與編程

3.1 從站通訊功能實現

修改每臺陶瓷過濾機的PLC梯形圖，將PROFIBUS主站所需的數據傳送到數據緩沖區(qū)中，供PROFIBUS主站讀取，同時將來自主站的控制信號編入梯形圖中。根據精礦工藝流程和電氣原理圖編制周邊設備控制系統(tǒng)PLC梯形圖并調試，在梯形圖中也加入數據傳送指令。

3.2 主站設置

工控計算機安裝SIMTIC NET 2005，使用Simatic net 軟件Configuration Console組件將PC機組態(tài)成虛擬主站，設置主站站號為3。在虛擬PC Station中，添加OPC Server應用及CP5611通訊卡。主站配置見圖4。

3.3 PROFIBUS總線配置

使用SIMATIC NCM PC Station Wizard創(chuàng)建新工程，進行PROFIBUS總線配置。配置CP5611卡，設置CP5611卡的地址和通訊波特率及協議模式，并設為主站。在生成的DP master 總線上添加EM277模塊作為DP從站。設置EM277 的PROFIBUS地址與實際模塊的撥碼一致，對應從站數據交換區(qū)設置EM277的地址偏移量，為總線上的EM277建立數據交換區(qū)。PROFIBUS總線配置見圖5。

將7個從站全部加入，完成總線的配置。下載配置信息到PC站中，PROFIBUS總線組態(tài)完成。

3.4 組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)

安裝并運行組態(tài)王軟件，選擇OPC服務為數據來源。按工藝組態(tài)畫面并為事件編寫腳本，將陶瓷過濾機分別與銅、硫系統(tǒng)皮帶進行聯鎖，當皮帶跳閘后，觸發(fā)陶瓷過濾機的報警功能，并進行相應操作，防止皮帶埋死。監(jiān)控畫面組態(tài)見圖6。

圖4 主站配置

圖5 PROFIBUS總線配置

4 結 語

基于PROFIBUS總線的陶瓷過濾機集中控制系統(tǒng)采用SIMTEC NET2005虛擬機充擔主控制器，各陶瓷過濾機采用EM277作為從站，構成PROFIBUS總線，實現了陶瓷過濾機及其周邊設備的集中控制，PROFIBUS主站與組態(tài)王采用OPC方式通訊，通訊速度快，數據可靠；利用組態(tài)王強大的組態(tài)功能，保存有完整的歷史數據、操作和報警記錄；該控制系統(tǒng)以較低成本獲得了能滿足現場使用需求的功能，具有較高的穩(wěn)定性、控制精度和品質，操作簡單且控制可靠；該系統(tǒng)所使用的PROFIBUS總線兼容性和可擴展性極佳，可與上一級總線相連，為將來整個車間的集中控制系統(tǒng)打下了良好的基礎，具有較高的現實意義。

圖6 監(jiān)控畫面組態(tài)

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] 方 文.現場總線控制系統(tǒng)在選礦自動化中的應用研究[J].有色金屬：選礦部分，2010(6)：45-47.

2014-12-24)

吳勁松(1971—)，男，工程師，244061 安徽省銅陵市翠湖三路1606號。