【文章內(nèi)容簡介】 理控制層通訊的可靠性。 系統(tǒng)編程軟件采用西門子公司的STEP 7標(biāo)準軟件包作為編程軟件。STEP 7標(biāo)準軟件包符合面向圖形和對象的Windows操作原則，可運行在Windows2000、Windows XP、WindowsServer2003下，為適應(yīng)不同的應(yīng)用對象，可選擇不同的版本。(1)SIMATIC管理器可瀏覽SIMATICSMC7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。(2)符號編輯器管理所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。(3)通信組態(tài)包括組態(tài)的連接和顯示、定義MPI或PROFIBUSDP設(shè)備之間由時間或事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)傳輸、定義事什驅(qū)動的數(shù)據(jù)、用編程語言對所選通信塊進行參數(shù)設(shè)置。(4)硬件組態(tài)用于對硬件設(shè)備進行配置和參數(shù)設(shè)置。包括系統(tǒng)組態(tài)(選擇機架、給各個槽位分配模塊、自動生成I/OO地址)、CPU參數(shù)設(shè)置(如啟動特性、掃描監(jiān)視時間)和模塊參數(shù)設(shè)置(用于定義硬件模塊的可調(diào)整參數(shù))。(5)編程語言可以是梯形圖語言(LAD)、功能塊圖語言(FBD)和語句表語言(STL)．(6)硬件診斷工具為用戶提供自動化系統(tǒng)的狀態(tài)，可快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)以及用戶程序運行中的故障原因，也可用圖形方式顯示硬件配置，例如，模塊的一般信息和狀態(tài)、顯示模塊故障、顯示診斷緩沖區(qū)信息等[18][19][20]。本系統(tǒng)選用西門子公司的WinCC軟件作為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件采用圖形和動畫的方式顯示各種設(shè)備的運行狀態(tài)，能夠在計算機上遠程顯示出現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)和運行情況，設(shè)備上的檢測值通常采用柱狀圖體現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)則通過曲線表現(xiàn)，形象直觀，同時在組態(tài)軟件中可以隨時更改運行參數(shù)，所以，自動化系統(tǒng)正常運行的其中一個重要部分是組態(tài)軟件，是人機交互的中心。WlndowsControIConter(視窗控制中心)是西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件的全稱。它包括Script（腳本）語言、設(shè)備組態(tài)、動畫連接、設(shè)備聯(lián)通等步驟，可以在Windows 操作系統(tǒng)中同時使用各種其他通用軟件的功能，它擁有技術(shù)先進和無縫集成的特點[21][22]。在個人計算機環(huán)境下運行WinCC，可以與多種設(shè)備和控制軟件相連接，靈活使用，各種功能齊全，擁有菜單選項、可視窗口。Wincc為用戶提供了形象直觀的環(huán)境，可以利用其進行數(shù)據(jù)管理、組態(tài)和編程，從而得到我們所需要的操作窗口、運行窗口、報警窗口、趨勢曲線（包括實時、歷史）、報表等等。可以大大縮短工作時間，提高工作效率。整體開放性是WinCC的另一個特點。整體開放性是指Wincc可以與各種軟件連接在一起，為了滿足實際需要組成有友好的人機界面，用戶也可以利用Wincc開發(fā)更為高級且滿足自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是為保存生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)所設(shè)計的，可以方便查詢和調(diào)整設(shè)定值，同時為故障判斷提供可靠地依據(jù)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用Wincc自帶的數(shù)據(jù)庫，可以更好地共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而保證系統(tǒng)的正常運行。SIMATIC NET工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個的全集成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，擁有豐富靈活的網(wǎng)絡(luò)層級。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖所示。 SIMATIC NET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)各個層級的通訊協(xié)議都是符合國際標(biāo)準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證了系統(tǒng)的開放性、可擴展性。所有應(yīng)用于SIMATIC NET的產(chǎn)品和模件都是為了工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)，適用于可能遭受嚴重電磁干擾、液體侵蝕、高度污染和機械沖擊的工業(yè)環(huán)境，SIMATIC NET網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地安裝和應(yīng)用，經(jīng)過了時間的考驗。SIMATIC NET工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)還可采用冗余設(shè)計，具備很好的容錯性能，不僅保證了系統(tǒng)通訊的可靠性，也便于系統(tǒng)的故障維護[23][24]。 本項目PCS7系統(tǒng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選用了SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUSDP現(xiàn)場總線。其中工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)操作員站和主控制站之間的連接；而PROFIBUDP現(xiàn)場總線用于主控制站和遠程I/O控制站之間的連接。PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可提供了最多125個節(jié)點，因此還有很大的擴展空間，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中還可以接入眾多的PROFIBUS總線設(shè)備例如智能電機、智能開關(guān)、智能傳感器或者PROFIBUS總線I/O控制站等，也可以接入其它的控制終端、包括PLC、工控機、internet遠程控制設(shè)備、無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，組成豐富多彩的復(fù)雜的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口，做為管理工作站的服務(wù)器既可以通過內(nèi)置的10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器與其他客戶機組成管理級網(wǎng)絡(luò)，又可以在客戶機上再安裝一塊CP1613卡實現(xiàn)與服務(wù)器的同步監(jiān)控。自動控制系統(tǒng)分為遠程自動控制、就地控制和遠程手動控制三種方式。遠程自動控制方式為主要的和基本的運行方式，其它兩種運行方式為在特定工況下的補充，另根據(jù)系統(tǒng)工藝要求提供運行時所必要的聯(lián)動和互鎖[25]。遠程自動控制模式由上位機完成，操作人員可通過上位機畫面的自動方式啟動按鈕來啟動生產(chǎn)線。首先程序進行自檢，自檢通過則彈出啟動允許對話框，如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上設(shè)備出現(xiàn)故障、處于檢修狀態(tài)或其他非正常情況時發(fā)出報警。在遠程自動控制方式下，生產(chǎn)線上的所有設(shè)備按工藝要求進行聯(lián)鎖。遠程手動控制模式由上位機完成，可實現(xiàn)設(shè)備的單機啟停。在遠程手動控制方式下，由操作人員直接點擊畫面上的設(shè)備，在彈出的單個設(shè)備啟停對話框上直接進行設(shè)備的控制。就地控制模式由安裝在設(shè)備附近的就地按鈕站或設(shè)備自帶的控制箱來完成，可通過就地／遠程切換開關(guān)切換設(shè)備的控制方式。只有當(dāng)切換開關(guān)放在遠程位置時，中控室才能通過程控操作設(shè)備，當(dāng)切換開關(guān)放在就地位置時，只能在就地手動操作設(shè)備；就地手動操作方式具有最高的操作權(quán)限。 磨礦分級過程的計算機監(jiān)控計算機是監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的窗口，顯示并記錄來自各控制單元的過程數(shù)據(jù)，通過人機界面，將分散的過程信息集中起來，實現(xiàn)信息處理和操作集中化，完成系統(tǒng)監(jiān)視和控制功能[26]。監(jiān)控系統(tǒng)（工藝過程監(jiān)控級）實現(xiàn)了如下功能：現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)顯示（1）操作員站能綜合顯示字符和圖象信息，操作人員通過操作員站實現(xiàn)對控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程的操作和監(jiān)視。每幅畫面能顯示過程變量的實時數(shù)據(jù)和運行設(shè)備的狀態(tài)。（2）操作顯示采用多層顯示結(jié)構(gòu)，顯示的層數(shù)可根據(jù)工藝過程和運行要求來確定，這種多層顯示可使運行人員方便地翻頁，以獲得操作所必需的細節(jié)和對特定的工況進行分析。工藝參數(shù)趨勢曲線顯示和歷史數(shù)據(jù)分析；報警顯示和事故記錄；現(xiàn)場設(shè)備遠程診斷和遠程維護；產(chǎn)量顯示、歷史記錄；遠程啟停設(shè)備；工藝流程運行狀態(tài)分析。 本章小結(jié)本章介紹了本系統(tǒng)的工藝流程和給礦量的工藝流程以及系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計原則和所需遵循的技術(shù)標(biāo)準與規(guī)范，并從系統(tǒng)設(shè)計組成和系統(tǒng)操作方式這兩方面進行了闡述。另外對現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的功能做了簡要說明。第三章 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(1)系統(tǒng)CPU機型的選擇系統(tǒng)CPU機型的選取主要是西門子公司的PLC S7400系列。目前西門子公司生產(chǎn)的PLC是市場上應(yīng)用比較成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣，而且技術(shù)相對而言較為成熟，在技術(shù)支持上有保障。在國內(nèi)外諸多領(lǐng)域的應(yīng)用中，有著豐富的經(jīng)驗可以供參考、借鑒。因此整個系統(tǒng)的開發(fā)周期較短，可以節(jié)約大量的時間，降低成本，為企業(yè)實現(xiàn)利益。在整個S7系列中，西門子S7200通訊功能相對比較弱，而且不能滿足本系統(tǒng)的開發(fā)所需用的工作點數(shù)；滿足不了工藝要求，也不能與上下位機以及網(wǎng)絡(luò)間的通訊；同理S7200系列也是因為功能比較簡單，滿足不了工藝自動控制的要求；而S7400無論從通訊功能還是開發(fā)所需的工作點數(shù)等方面均符合本系統(tǒng)的要求，故生產(chǎn)工藝自動控制系統(tǒng)選用S7400系列PLC[27][28]。⑵CPU模塊的選擇西門子PLC S7400是模塊式結(jié)構(gòu)。首先模塊化、無風(fēng)扇的設(shè)計；其次硬件模塊堅固耐用，拓展性良好，容易擴展并具備廣泛的通訊能力，且較容易實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)；在本文的控制系統(tǒng)中要求與上位機進行通訊，同時能與現(xiàn)場設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)通訊。綜合以上因素的影響，根據(jù)性價比與系統(tǒng)控制要求，選用CPU4162DP。416CPU本身帶有兩個PROFIBUSDP接口，從而建立一個DP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)PLC與整個生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的通訊。(3)電源模塊的選擇PS407系列電源模塊是西門子公司為S7400專配的24V DC 電源，可安裝在S7400的專用導(dǎo)軌上，其額定輸出電流有2A、5A、10A等多種。現(xiàn)在選用5A的電源，用于對SIMATIC S7400的供電。(4)信號模塊I/O的選取信號模塊分為：數(shù)字量模塊和模擬量模塊，數(shù)字量模塊分為數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，模擬量模塊分為模擬量輸入模塊和模擬量輸入模塊。信號的輸入輸出磨塊，主要根據(jù)現(xiàn)場控制設(shè)備的數(shù)量和控制類型的要求來選擇，在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，應(yīng)該留有一定量的余額量，以滿足以后生產(chǎn)工藝的改進的需求。在模塊分級控制系統(tǒng)選用6個數(shù)字量輸入模塊SM321 DI32DC24V，5個數(shù)字量輸出模塊SM322 DO3224V/, 3個模擬量輸入模塊SM331 AI812Bit和1個模擬量輸出模塊SM332 AO412Bit。（5）通信模塊本系統(tǒng)的通信模塊為CP4431，CP4431用于將SIMATIC S7400連接到工業(yè)以太網(wǎng)。采用10/100Mbit/s通訊速率自檢測，支持全雙工/半雙工連接，可通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程編程和調(diào)試，通過S7路由實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的PG/OP通訊。CP4431通過自帶的微處理器，獨立的處理工業(yè)以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通訊。⑴超聲波液位計超聲波液位計用于一段分級泵池液位檢測，工程項目選用型號為FDU91+FMU90+支架4臺。超聲波液位計的功能特點為：①液位計具有反向保護電路、限流保護電路，在設(shè)備安裝時正負極接反不會損壞變送器，異常時變送器會自動限流在35MA以內(nèi)。②液位計穩(wěn)定性良好，滿度、%FS/年。在補償法度070℃范圍內(nèi)，%FS，%FS。③液位計固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，可靠性高，元器件使用壽命長。④液位計的安裝方便，而且結(jié)構(gòu)簡單，即經(jīng)濟又耐用。⑵濃度計濃度計用于一段高頻篩給礦濃度檢測，工程項目中選用東方測控公司型號為DF5420（含現(xiàn)場顯示表），共4臺。本儀表采用非接觸式測量方式，設(shè)備探測器安裝在現(xiàn)場工業(yè)管道與設(shè)備外面，避免受物料的一些因素的影響，例如：物料的粘稠、物料的腐蝕、高溫高壓、以及磨損等。這樣的安裝可以使設(shè)備長期運行并且穩(wěn)定可靠，不但能使?jié)舛扔嫿?jīng)久耐用，而且還能使測量結(jié)果受到的干擾因素最少。這就使得環(huán)境因素以及物料的給定的速度、溫度等均對射線測量和密度測量沒有影響。濃度計采用高靈敏且高效率的閃爍探測器，并且所需放射源的強度大大降低。最低可減小到25ＭＢｑ(１毫居里)，使?jié)舛扔媰x器的輻射安全性能得到有效的保證[29]。主要技術(shù)參數(shù)：①測量范圍：濃度０～１００％；②適應(yīng)管徑(液層厚度)：Φ５０～５００mm；③精確度等級：０．１％；④基本誤差：量程的177。０．１％～１％(由現(xiàn)場的環(huán)境條件及設(shè)備的量程大小而定)；⑤射線計數(shù)率的長期穩(wěn)定與重復(fù)性：０．１％。⑥主機：工作溫度0～50℃；相對濕度≤90％(40℃)；⑦探測器：工作溫度20～50℃；相對濕度≤95％(40℃)；⑶流量計流量計用于一段高頻篩給礦流量檢測和一段泵池補加水流量檢測，工程項目中選用德國科隆公司型號為ZDLJP100的電磁流量計。 所示 ZDLJP100技術(shù)參數(shù)精 度 0．2％(DNl0—1600)測量范圍0—12m／S壓 力0．25M Pa～介質(zhì)最高溫度一體型≤130℃，分體型≤180℃環(huán)境溫度 40,+65℃輸出信號 420mA電流信號電 源 AC：100—230V、DC：24V通 訊 RS 48PROFIBUS PA／DP⑷電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥用于一段磨礦給礦水流量調(diào)節(jié)和一段泵池補加水流量調(diào)節(jié)，工程項目中選用上海凱爾特公司型號為ZDLJP150和ZDLJP100各2臺。其結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用范圍如下：ZDLJp型電子式電動精小型單座調(diào)節(jié)閥是由3610L系列電子式電動執(zhí)行機構(gòu)和低流阻直通單座調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。電動執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)有伺服系統(tǒng)、無需另配伺服放大器，有輸入信號及電源即可控制運轉(zhuǎn)，連線簡單，閥體為直通單座無底蓋上導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，閥芯為柱塞型結(jié)構(gòu)，具有體積小、重量輕、流量大、調(diào)節(jié)精度高等特點，適用于流量大，泄漏量要求嚴格的場合。 ： 調(diào)節(jié)機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)公稱通徑(mm)100150閥座直徑(mm)100150額定流量 系數(shù)Kv直線176440等百分比160400行程(mm)4060公稱壓力(Mpa)、工作溫度℃20～200，40～200，40～450⑸磨音頻譜分析儀磨音頻譜分析儀用于一段球磨磨音頻譜監(jiān)測，工程項目中選用東方測控公司，型號為DFCK6811A。DFCK6811A型號的磨音頻譜儀具有數(shù)碼管顯示和光柱顯示，光柱顯示既可以顯示主通道和頻譜分析通道的420ma輸出值，也可以從光柱上直觀顯示磨機負荷情況。調(diào)整方便：具有參數(shù)自動調(diào)整的功能，如增益、零點由單片機自動調(diào)整；頻譜分析通道的增益由單片機自動動態(tài)調(diào)節(jié)，使調(diào)整參數(shù)更方便、準確，信號頻率為100Hz10kHz，模擬接口是兩路420毫安標(biāo)準信號，數(shù)字接口是RS485通信，供電電源為AC85265V，在溫度050℃、相對濕度＜85%條件下工作，最大負載為600歐。(6)核子秤核子秤用于磨機給礦量檢測，工程項目中選用東方測控公司型號為DF5500 （含現(xiàn)場顯示表）。具有動態(tài)計量精度準確性良好的優(yōu)點；例如：在皮帶輸送機正常工作期間，當(dāng)物料負載量大于設(shè)定參考下限值而且流量在滿量程的15%100%范圍內(nèi)波動時，整個系統(tǒng)動態(tài)累計計量誤差≤177。1%，而且整個流量定值與配比控制誤差為≤177。1% ；對非皮帶輸送機設(shè)備計量與控制誤差≤177。2% 。綜上所述，元件名稱型號超聲波液位計FDU91+FMU90濃度計DF5420電磁流量計ZDLJP100電動調(diào)節(jié)閥ZDLJP150、ZDLJP100磨音頻譜