一、前言

PROFIBUS是一種國際化、開放式異步串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動化和流程自動化、樓宇、交通、電力等各行各業(yè)。通過PROFIBUS可以方便地實現(xiàn)各種不同廠商的自動化設(shè)備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-FHS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動化）。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線具有“開放”的通訊接口、“透明”通訊協(xié)議，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散IO裝置和現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器執(zhí)行器領(lǐng)域的通信要求，另一方面又具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。特別在“分散IO”領(lǐng)域，由于大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場設(shè)備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實上的國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)

本文介紹了某鋼鐵廠原料廠的配料控制系統(tǒng)改造的主要功能，特點，工作原理，控制方式和配置選型。近年來，我國的鋼鐵冶煉行業(yè)發(fā)展迅速，燒結(jié)礦是煉鐵的主原料，而配料技術(shù)工藝是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，各稱量設(shè)備只有達(dá)到一定精度才能保證礦的質(zhì)量。

傳統(tǒng)燒結(jié)工藝中主要依靠工作經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題：

A、不能適時進(jìn)行調(diào)節(jié)配比，生產(chǎn)效率較低。

B、由于缺少計量設(shè)備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費現(xiàn)象嚴(yán)重，生產(chǎn)成本大大提高，不合格率較多，造成大量的廢品。

C、由于物料的粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工人的身體健康。近幾年來，鋼鐵廠工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強(qiáng)，變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用。

二、配料控制系統(tǒng)的主要功能及特點

1、控制系統(tǒng)主要功能

A、監(jiān)控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數(shù)進(jìn)行檢測和監(jiān)視；

B、畫面顯示：通過計算機(jī)顯示器可顯示配料過程中有關(guān)控制參數(shù)的運行狀況，以及顯示實時配料曲線和表格；

C、打印管理：可隨時打印配料報表，以便保存和查詢；

D、通訊功能：工控機(jī)與PLC和配料稱重儀表之間進(jìn)行可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)及信息交換；

E、數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)可自動對采集的信號進(jìn)行運算處理，并輸出到相應(yīng)的控制量；

F、控制功能：根據(jù)操作前相應(yīng)的設(shè)定值，自動控制設(shè)備的正常運行，包括PID調(diào)節(jié)；

G、報警功能：上位機(jī)以畫面方式和聲光信號方式對各種參數(shù)超限或設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行報警。

2、鋼鐵廠配料控制系統(tǒng)的主要特點

A、在配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用中小型集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“分散控制，集中管理”，克服了“危險集中”的問題；

B、上位機(jī)和下位機(jī)相對獨立。具有手動、自動、半自動切換功能，聯(lián)機(jī)時，彼此間按特定協(xié)議互通信息，脫機(jī)時，單臺秤可獨立實現(xiàn)工藝閉環(huán)過程控制；

C、上位機(jī)遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善了操作員的工作環(huán)境；

D、下位機(jī)選用可編程控制器，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，編程簡單易于掌握，能在惡劣的環(huán)境中長期可靠的運行；

G、采用PID調(diào)節(jié)，提高配料系統(tǒng)的配料精度，并能根據(jù)生產(chǎn)要求，設(shè)置最佳的工作開關(guān)時序，較好的解決料頭料尾問題，自動修改系統(tǒng)的物料配比；

三、配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成拓?fù)鋱D及系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)由兩套PLC系統(tǒng)和一套上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。PLC系統(tǒng)由兩個AB-300主站和26個輸料稱重傳送帶作為從站及專用通訊電纜組成，主站與從站通過PROFIBUS-DP通訊，

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用WindowsXP操作系統(tǒng)，安裝RSlogix5000編程軟件及力控6.0組態(tài)軟件。

控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成拓?fù)鋱D及系統(tǒng)原理圖如下所示：

系統(tǒng)原理圖

A、上位機(jī)：對整個系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，畫面顯示和報表打印;

B、PLC：實現(xiàn)配料的自動控制;

C、配料儀表：用于配料的PID調(diào)節(jié)及瞬時流量和累計流量等參數(shù)的顯示;

D、控制柜：用于系統(tǒng)的邏輯控制和供配電;

E現(xiàn)場手操箱：用于現(xiàn)場單臺設(shè)備的啟?？刂啤?/p>

2、系統(tǒng)的運行方式：每一臺配料稱設(shè)手動，半自動，自動三種控制方式

A、手動時，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到手動位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、電位器、頻率表等實現(xiàn)控制，由稱量儀表顯示物料瞬時量及累積量。主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障或其它原因，需要進(jìn)行手動檢修試車工作情況下的應(yīng)急操作。

B、半自動時，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到自動位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、頻率表、稱重顯示儀表等實現(xiàn)控制，可以通過稱重儀表設(shè)定的配方自動調(diào)整配料量，顯示物料瞬時量及累積量。主要用于不需要上位控制時。

C、全自動時，將儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到聯(lián)動位置，由上位機(jī)控制皮帶的啟停，動態(tài)顯示各物料量、皮帶運行狀態(tài)、各種報警指示，各配料量由上位機(jī)根據(jù)工藝要求統(tǒng)一設(shè)定，可進(jìn)行采集和處理各配料控制回路來的稱量信號與開關(guān)量狀態(tài)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的皮帶秤給料、稱量檢測、料量調(diào)節(jié)，選擇和切換料倉等配料過程的自動控制。此時現(xiàn)場手動控制系統(tǒng)不起作用，完全通過中控室進(jìn)行操作。

3、自動運行系統(tǒng)的啟動和停止

四種方式：順序啟動、順序停止、緊急停止、同時啟動

A、順序啟動:用于系統(tǒng)的初次啟動或者順序停止后的系統(tǒng)再啟動，順序啟動功能可以控制參加配料的給料設(shè)備按照皮帶的運行方向按一定的時間間隔依次啟動，保證料頭能夠?qū)R。

B、順序停止：用于希望長時間停車的場合，這樣可以保證輸送皮帶上的物料都運送干凈，使皮帶處于物料狀態(tài)，并且可以保證料尾對齊。

C、緊急停止：用于發(fā)生緊急情況所有參與配料的設(shè)備立即停止運行的場合。

D、同時啟動：用于急停后的再啟動，能夠使系統(tǒng)在上一次的“斷點”處接著往下運行，就像沒有發(fā)生過任何事情一樣。

注意：不能隨便，無順序的點擊這四個按鈕，必須按操作要求來操作。

4、物料量的控制

A、當(dāng)某種物料量所需配比確定后，將其作為設(shè)定值輸入上位機(jī)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給稱重儀表。物料落到稱重皮帶上，其重量由稱重傳感器檢測，取得物料流量（測量值）的反饋電壓信號（0～30mV）到稱量控制儀表并運算成為PV當(dāng)前值，經(jīng)PID運算再輸出4～20mA控制信號至變頻器，以此改變其U／F輸出值，從而改變皮帶速度來控制物料量的大小，實現(xiàn)自動配料。

B、物料配比的控制：本系統(tǒng)給料任務(wù)來自上位機(jī)的配比輸入與計算進(jìn)行控制，即將各種原料的工藝參數(shù)輸入計算機(jī)，由計算機(jī)直接對各料種進(jìn)行設(shè)定和配比協(xié)調(diào)。

C、自動倒倉控制:同一種物料分別裝于幾個料倉中(如精礦粉),在生產(chǎn)中只用到其中的部分料倉給料,要求在某一正在給料的料倉發(fā)生故障(無料、堵料、機(jī)械故障等)時,控制系統(tǒng)根據(jù)程序設(shè)定,自動啟動一滿足條件且沒有參與配料的料倉給料系統(tǒng)。

D、燃料流量值的自動調(diào)整：設(shè)備順停時，由于精礦粉的總量隨著料倉的逐個減少，這時，程序自動逐漸減少燃料的下料量，以保證原配比不變。

四、系統(tǒng)設(shè)備選型

1、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選型

上位機(jī)：惠普商用電腦（內(nèi)裝有力控組態(tài)軟件）

組態(tài)軟件功能:

實現(xiàn)對全系統(tǒng)的控制管理以及進(jìn)行系統(tǒng)運行界面的圖形組態(tài)。運行期間上位機(jī)完成系統(tǒng)人-機(jī)對話、監(jiān)控界面顯示、報警處理和顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理和報表輸出。

PLC系統(tǒng):CPU選用ABCompactLogix/MicroLogix。具有以下功能：

A、功能強(qiáng)大：完成任務(wù)更多

B、配置靈活：需要費用更省

SLC有多款不同容量和內(nèi)置通訊接口的處理器可選。

提供最大容量最多可達(dá)64K字（128K字節(jié)）的數(shù)據(jù)/程序內(nèi)存，精心設(shè)計的控制內(nèi)核保證了同樣功能程序?qū)?nèi)存的占用率只有其它競爭產(chǎn)品的50%不到；SLC的模塊化I/O系統(tǒng)提供了包括開關(guān)量、模擬量和專用模塊在內(nèi)的60多種I/O模塊。

C、穩(wěn)定可靠：無論是單機(jī)應(yīng)用，還是分布式控制，在單一平臺上，SLC就能實現(xiàn)高速離散控制和過程控制；功能全面的診斷功能讓使用過程中的故障排查變得簡單。

D、貫通全廠直至信息層的通訊功能-----內(nèi)置不同通訊接口的SLC系列處理器，提供多種控制器聯(lián)網(wǎng)方式供用選擇，以構(gòu)成不同要求的工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

E、應(yīng)用廣泛的多種現(xiàn)場總線集成：SLC提供了與各類“智能”設(shè)備的現(xiàn)場總線接口，這類設(shè)備包括各種傳感器、按鈕、馬達(dá)啟動器、現(xiàn)場操作員站和傳動設(shè)備等等，信息全部無縫通訊

軟件設(shè)置：操作系統(tǒng)選WindowsXP,上位機(jī)運行力控6.0組態(tài)軟件,PLC編程軟件選用AB-RSlogix5000.

2、配料秤選型

配料秤集機(jī)械、電氣、儀表一體，是對散裝物料進(jìn)行連續(xù)的輸送、計量的理想設(shè)備。并可根據(jù)現(xiàn)場要求，實現(xiàn)用動、自動、聯(lián)動控制方式。是燒結(jié)、焦化、原料、水泥配料等生產(chǎn)工藝中的必選設(shè)備。

3、現(xiàn)場儀表

鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表直接接收秤重傳感器、測速傳感器信號，然后經(jīng)過處理，把結(jié)果通過Profibus總線、I/O接口與CompactLogix/MicroLogix設(shè)備相連。該稱重儀表可掛壁安裝，也可就地安裝在稱重設(shè)備旁，操作方便、抗干擾能力強(qiáng)。

4、變頻器

變頻器選用偉創(chuàng)80B系列變頻器

出色的性能

A最高可達(dá)220%的過力矩。

B異步電機(jī)有傳感器或無傳感器的磁通矢量控制。

C在線自動調(diào)節(jié)(FVC)。

D速度或力矩控制。

E輸出頻率最高可達(dá)1000Hz。

F無傳感器電機(jī)控制。

可擴(kuò)展的能力

G基本設(shè)備帶有豐富的功能：應(yīng)用程序功能、輸入/輸出、通信網(wǎng)絡(luò)，

H這些可以通過以下各項實現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)展：

I輸入/輸出擴(kuò)展卡。

J編碼器接口卡。

K通信卡。

L內(nèi)置可編程控制卡(ControllerInside)。

五、總結(jié)

目前流行的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有很多種，如FF、Lonworks、CAN、WorldFIP和HART等。由于各種現(xiàn)場總線技術(shù)特點、適用場合不同，再加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身商業(yè)利益的驅(qū)使，可以預(yù)計在以后相當(dāng)長的時間內(nèi)會出現(xiàn)各種現(xiàn)場總線并存的情況。各種總線技術(shù)相互融合，在工程實踐中合理搭配是目前現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用的一個顯著特點。PROFIBUS現(xiàn)場總線是開放的、功能完善的國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。PROFIBUS-DP[現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放系統(tǒng)，又是一個全分布控制系統(tǒng)。它作為智能終端設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能終端設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、計算補(bǔ)償、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化控制功能。這是一項以智能傳感器、控制、計算機(jī)、數(shù)字通訊、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的控制技術(shù)。些這特點使它在短短幾年內(nèi)在化工、冶金、機(jī)械加工、電力和其它自動控制領(lǐng)域得到迅速廣和應(yīng)用。因而PROFIBUS是一種很有前途的現(xiàn)場總線。。

偉創(chuàng)AC80B變頻器以出色的性能優(yōu)勢、良好的性價比及其很最好的售后服務(wù)在本控制系統(tǒng)中應(yīng)用并且已經(jīng)經(jīng)過調(diào)試順利運行，此系統(tǒng)無論在工藝要求、控制功能和操作方便還是可靠性以及全集成自動化方面均取得了顯著的效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益，為以后在化工、冶金、機(jī)械加工、電力和其它自動控制工業(yè)領(lǐng)域提供了極好的控制系統(tǒng)設(shè)計案例。