【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 NCE W7881RR和 IWLAN/PB LINK PN IO?，F(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)和中控室站點(diǎn)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 本文首先對(duì)分布式控制系統(tǒng)及其通信方式進(jìn)行了分析 ， 并對(duì)本系統(tǒng)的背景、內(nèi)容和意義進(jìn)行闡述 ； 然后對(duì)砂石加工自動(dòng)控制系統(tǒng)的需求和控制任務(wù)進(jìn)行說(shuō)明 ； 介紹了ProfibusDP 協(xié)議 ， 討論了無(wú)線通信方式在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用 ； 最后 ， 介紹砂石加工自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思路、硬件選型、軟件設(shè)計(jì)等詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。構(gòu)建 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 2 頁(yè) 分布式且含無(wú)線通信的控制系統(tǒng) ， 以粗碎車間生產(chǎn)的控制要求完成 PLC 硬件設(shè)計(jì)與控制程序 梯形圖 設(shè)計(jì) ， 在組態(tài)王軟件上開(kāi)發(fā)粗碎車間上位監(jiān)視系統(tǒng)畫(huà)面。仿真調(diào)試結(jié)果表明 ， 本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠完成生產(chǎn)任務(wù) ， 有很好的應(yīng)用效果。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 3 頁(yè) 第一章緒論 引言 隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化控制范圍不斷擴(kuò)大，自動(dòng)化水平不斷提高。越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被加入到自動(dòng)控制的范圍，日益增加的被控節(jié)點(diǎn)要求控制系統(tǒng)向大型化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)分布范圍比較廣時(shí)，需依靠有分散控制功能的多臺(tái) PLC 來(lái)完成各種復(fù)雜的任務(wù)。 這一發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)工業(yè)控制 領(lǐng)域的通信功能有了更高的要求，不但要求不同單元的生產(chǎn)設(shè)備之間能夠相互交流信息，使得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備之間能夠相互配合，更加需要從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到工廠管理級(jí)進(jìn)行信息交流，實(shí)現(xiàn)管理級(jí)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息共享，從而提高效率，降低成本。按照目前較為流行的分層方法，可以將自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為信息層、控制層和設(shè)備層三個(gè)層次 [8]， 間的設(shè)備通信和不同層次之間的通信構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化控制的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是連接基于某種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)放系統(tǒng) [3]，它能將不同廠商的可編程設(shè)備連接在單層或多層網(wǎng)絡(luò)上，完成相 互之間的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展， PLC的通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將向高速、多層次、大信息吞吐量、高可靠性的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展。 近年來(lái)無(wú)線通信技術(shù)迅速發(fā)展，其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，尤其在工業(yè)環(huán)境復(fù)雜、布線不方便、被控制對(duì)象位置不固定的控制系統(tǒng)中，無(wú)線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為明顯，應(yīng)用范圍也將更加廣泛。 技術(shù) 可編程邏輯控制器 PLC (programmable logic controller)，是以微處理技術(shù)為核心，綜合了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 4 頁(yè) 工業(yè)控制裝置。具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、組態(tài)靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一。設(shè)計(jì)之初， PLC 被定位為用來(lái)替代傳統(tǒng)繼電器控制電路的簡(jiǎn)單控制裝置，因此只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)操作。隨著微處理技術(shù)的快速發(fā)展，PLC 在邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)功能之上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，并且提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了控制規(guī)模。與計(jì)算機(jī)通信功能發(fā)展相聯(lián)系， PLC 在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)體系 ，但是由于生產(chǎn)廠家各自獨(dú)立，通信協(xié)議自成系統(tǒng)，因此不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)相互通信。從 20 世紀(jì) 80 年代中期開(kāi)始，由于開(kāi)放式系統(tǒng)的提出，使得 PLC 得到了飛躍式的發(fā)展，主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開(kāi)放，通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，使得各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品間可以互相通信。 PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，功能也不斷完善。計(jì)算機(jī)與 PLC 之間，以及各個(gè) PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)和通信能力不斷增強(qiáng)，使工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以有效地提高系統(tǒng)可靠性和靈活性、節(jié)省資源、降低成本。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 20 世紀(jì) 40 年代開(kāi)始，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程開(kāi)始了自動(dòng)化控制的步伐，第一代 控制系統(tǒng)采用具有簡(jiǎn)單測(cè)控功能的基地式儀表，被稱作氣動(dòng)控制系統(tǒng) PCS。到了 60 年代，開(kāi)始出現(xiàn)了應(yīng)用 420ma 標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)的第二代控制系統(tǒng)，即模擬控制系統(tǒng) ACS，但是由于不同傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)定義不同，很難形成規(guī)范的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，限制了控制系統(tǒng)的規(guī)模和性能，系統(tǒng)的集成度并不高。隨著計(jì)算機(jī)在邏輯控制領(lǐng)域的廣泛使用，以單片機(jī)、小型 PLC 以及微處理器作為控制器傳輸數(shù)字信號(hào)的第三代控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng) CCS 開(kāi)始出現(xiàn)，由于使用了數(shù)字信號(hào)，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低且易受干擾的缺陷，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和抗干 擾能力，控制方式選擇上也更加隨意，但是由于控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致系統(tǒng)全面崩潰，無(wú)法正常工作。第四代控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCS 就是為了克服集中控制系統(tǒng)的這種缺陷應(yīng)運(yùn)而生的。采用集中管理，分散控制的方法，有效的克服了集中控制系統(tǒng)對(duì)控制器處理能力和可靠性要求非常高的缺陷。由此 DCS 系統(tǒng)在化工、石油、電力等重要工業(yè)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。但是，由于各生產(chǎn)廠家為了各自利益而采取了封閉的控 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 5 頁(yè) 制通信模式，不同廠商的設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)通信與信息連接，使得 DCS 成為了一種封閉專用，不具備大范圍擴(kuò)展的分布式控制系統(tǒng) 。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)就是在這樣一種背景下出現(xiàn)的，國(guó)際電工委員會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間支持串行、多點(diǎn)通信的數(shù)字式數(shù)據(jù)總線 []。它在連接上是一個(gè)開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)，在模式上是全分布式系統(tǒng)，成為了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種開(kāi)放式的數(shù)據(jù)總線，早在 1985 年，國(guó)際電工委員會(huì)就開(kāi)始著手制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，并于 1995 年由ISASP50 和 Word FIP 合并組建的現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)制定出了第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF。雖然到目前為止，國(guó)際上有多達(dá) 40 多種的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，但是任何一種標(biāo)準(zhǔn)都是開(kāi)放的，只要遵守總線標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論任何廠商的設(shè)備都可以連接到該現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上。 無(wú)線傳輸技術(shù) 在過(guò)去的幾十年中，無(wú)線通信技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從人工操作的無(wú)線電報(bào)網(wǎng)絡(luò)到使用擴(kuò)頻技術(shù)的自動(dòng)化無(wú)線局域網(wǎng)，無(wú)線局域網(wǎng)，覆蓋不同通信距離和不同通信速率的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了數(shù)十種，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域隨著科技進(jìn)步也在不斷擴(kuò)展，并在 20 世紀(jì) 90 年代進(jìn)入到工業(yè)控制領(lǐng)域。目前，無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在工廠管理級(jí)和遠(yuǎn)程監(jiān)控上，其主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分的發(fā)揮 。具有成本低廉、可靠性靈活性高、易用性和安全性好、施工周期短的無(wú)線技術(shù)要進(jìn)入到工廠控制層和設(shè)備層，才能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，也將給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)更大的變化，提供更多的工業(yè)自動(dòng)化解決方案。 工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)在過(guò)去幾十年的快速發(fā)展，使得控制器擁有更強(qiáng)大的處理能力， PLC 的過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)一步得到完善，也可以替代計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和管理，強(qiáng)大的通信和聯(lián)網(wǎng)能力允許構(gòu)建體系更加龐大的系統(tǒng)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)也逐步完善，開(kāi)放性和可靠性不斷增強(qiáng)，可以將大多數(shù)的工業(yè)設(shè)備添加到控制系統(tǒng)當(dāng)中去，無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè) 控制領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以有多種選擇，配置系統(tǒng)更為靈活。這些不斷發(fā)展的技術(shù)，正在適應(yīng)日益復(fù)雜、龐 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 6 頁(yè) 大的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。 課題背景及意義 在水利水電工程建設(shè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，土建施工最基本的混凝土材料是必不可少的，而且在目前仍舊是無(wú)法取代的?；炷恋墓羌艹煞质怯缮笆牧蠘?gòu)成的，砂石料的化學(xué)成分、物理性能以及有害物質(zhì)含量等因素都直接或間接對(duì)混凝土的性能有著重大影響。砂石料的性能不但與料源規(guī)劃，生產(chǎn)工藝、廠址選擇、設(shè)備選型等技術(shù)有著密切聯(lián)系，控制系統(tǒng)的水平高低也在一定程度上決定了砂石料的性能 和生產(chǎn)成本。 水電站工程砂石加工系統(tǒng)布置于壩址下游右岸 1030m1 130m 高程之 間 ，由粗碎、中碎、細(xì)碎、超細(xì)碎、一次篩分、二次篩分、脫水篩分、成品堆場(chǎng)等環(huán)節(jié)組成，擁有加工設(shè)備 100 余臺(tái) （ 套 ） 。系統(tǒng)砂石骨料生產(chǎn)分為特大石 （ 80150mm） 、大石 （ 4080 mm） 、中石 （ 2040mm） 、小石 （ 520mm） 、噴錨料 （ 515mm） 、砂 （ 小于 5mm） ，成品設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 420 t/h，承擔(dān)著約 310 104m3 混凝土 骨料的生產(chǎn)任務(wù)，屬于大型砂石加工系統(tǒng)。 大型砂石 加工 系統(tǒng)其現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備范圍廣，布置較分散。機(jī) 械功率大，傳輸距離遠(yuǎn)，安全操作又有嚴(yán)格的聯(lián)鎖，起動(dòng)或停止的中間緩沖時(shí)間較長(zhǎng)。電氣控制采用可編程控制技術(shù) PLC，其控制程序可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的情況進(jìn)行編程及調(diào)整，使用靈活、方便，占地面積小，可節(jié)省大量的常規(guī)控制 柜 及土建工程。減少現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)工作人員，從而提高整個(gè)加工系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。 隨著我國(guó)工業(yè)化、信息化的不斷快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)越來(lái)越龐大，生產(chǎn)過(guò)程工藝要求越來(lái)越高，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制的要求也越來(lái)越高。為了適應(yīng)這些新的變化，工業(yè)自動(dòng)化的水平和范圍也在不斷提高和擴(kuò)大。工業(yè)自動(dòng)化是涉及 自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等眾多技術(shù)的綜合性技術(shù)，正是由于這些技術(shù)的迅速發(fā)展，才使工業(yè)自動(dòng)控制水平能夠不斷向前發(fā)展。本文就是在自動(dòng)化要求不斷提高，從而相應(yīng)的自動(dòng)化控制水平也在快速發(fā)展的背景下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 本課題設(shè)計(jì)的基于 PLC 控制的分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用了 PLC 控制技術(shù)、現(xiàn) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 7 頁(yè) 場(chǎng)總線技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，以砂石加工系統(tǒng)為例，為復(fù)雜工業(yè)流程的自動(dòng)化控制提供一種解決方案。 本文主要工作 本文的是在分析現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和工業(yè)無(wú)線傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，選用 S7300PLC及配套產(chǎn)品設(shè)計(jì)利用 ProfibusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，包括上位監(jiān)控和下位PLC 控制的分布式砂石加工控制系統(tǒng)。 論文第一章主要闡述了課題研究的背景和現(xiàn)實(shí)意義；第二章對(duì)砂石加工系統(tǒng)的工藝流程和控制要求進(jìn)行了介紹；第三章著重描述了系統(tǒng)的硬件配置，以粗碎車間為主介紹了硬件設(shè)計(jì)；第四章對(duì)粗碎車間生產(chǎn)工藝控制程序開(kāi)發(fā)和粗碎車間組態(tài)王監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行了介紹；最后，第五章進(jìn)行了總結(jié)。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 8 頁(yè) 第二章砂石加工系統(tǒng) 砂石加工系統(tǒng)概述 在水利水電工程建設(shè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，土建施工最基本的混凝土材料是必不可少的，而且在目前仍舊是無(wú)法取代的。混凝土的骨架 成分是由砂石材料構(gòu)成的，砂石料的化學(xué)成分、物理性能以及有害物質(zhì)含量等因素都直接或間接對(duì)混凝土的性能有著重大影響。砂石料的性能不但與料源規(guī)劃，生產(chǎn)工藝、廠址選擇、設(shè)備選型等技術(shù)有著密切聯(lián)系，控制系統(tǒng)的水平高低也在一定程度上決定了砂石料的性能和生產(chǎn)成本。因此設(shè)計(jì)一套控制合理、性能優(yōu)越、操作方便的砂石加工自動(dòng)控制系統(tǒng)有著重要的意義。 在工程建設(shè)的不同使用場(chǎng)合，對(duì)砂石料的需求是各不相同的，通常情況下，砂石的種類按照顆粒直徑可以分為大石、中石、噴骨料、細(xì)砂等幾種不同規(guī)格的產(chǎn)品。為了完成不同規(guī)格砂石產(chǎn)品的生產(chǎn)及篩分任務(wù) ，砂石加工流程要按需求分為粗碎車間、細(xì)碎車間、超細(xì)碎車間、幾個(gè)位置對(duì)立，相互之間用膠帶輸送機(jī)連接的功能車間。本系統(tǒng)的位置分布如圖 所示 : 圖 砂石加工系統(tǒng)車間位置分布圖 粗碎車間 中碎車間 第一篩分車間 沖水篩分車間 細(xì)碎車間 超細(xì)碎車間 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 9 頁(yè) 工藝流程 砂石加工是把來(lái)自料場(chǎng)的大石塊，經(jīng)過(guò)破碎、篩分和沖洗后制作成顆粒直徑符合要求的砂石料的過(guò)程，其工藝流程如圖 所示 ： 圖 砂石加工工藝流程圖 來(lái)自料場(chǎng)的砂石原料直徑一般在 500700mm，用振動(dòng)給料 機(jī)勻速的將原料投入到粗碎車間進(jìn)行破碎，鄂式破碎機(jī)可以將原料處理為直徑小于 300mm 的半成品料，通過(guò)膠帶輸送機(jī)輸送至中碎車間使用圓錐破碎機(jī)繼續(xù)破碎，使砂石料顆粒直徑小于 80mm。經(jīng)過(guò)處理的砂石料被輸送至第一篩分車間，進(jìn)行一次篩分，第一篩分車間圓振動(dòng)篩具有 05mm、 540mm、 4080mm 三種篩網(wǎng)規(guī)格，可以按照顆粒大小使石料從不同的通道排出，其中直徑在 4080m