【文章內容簡介】 NCE W7881RR和 IWLAN/PB LINK PN IO。現(xiàn)場控制站點和中控室站點構成分布式控制系統(tǒng)。 本文首先對分布式控制系統(tǒng)及其通信方式進行了分析 ， 并對本系統(tǒng)的背景、內容和意義進行闡述 ； 然后對砂石加工自動控制系統(tǒng)的需求和控制任務進行說明 ； 介紹了ProfibusDP 協(xié)議 ， 討論了無線通信方式在工業(yè)控制領域的應用 ； 最后 ， 介紹砂石加工自動控制系統(tǒng)的總體結構、設計思路、硬件選型、軟件設計等詳細實現(xiàn)過程。構建 設計（論文）專用紙 第 2 頁 分布式且含無線通信的控制系統(tǒng) ， 以粗碎車間生產的控制要求完成 PLC 硬件設計與控制程序 梯形圖 設計 ， 在組態(tài)王軟件上開發(fā)粗碎車間上位監(jiān)視系統(tǒng)畫面。仿真調試結果表明 ， 本文設計的控制系統(tǒng)能夠完成生產任務 ， 有很好的應用效果。 設計（論文）專用紙 第 3 頁 第一章緒論 引言 隨著自動化技術、計算機技術、網絡技術和通信技術的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化控制范圍不斷擴大，自動化水平不斷提高。越來越多的現(xiàn)場設備被加入到自動控制的范圍，日益增加的被控節(jié)點要求控制系統(tǒng)向大型化、網絡化、分散化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。當現(xiàn)場設備和系統(tǒng)分布范圍比較廣時，需依靠有分散控制功能的多臺 PLC 來完成各種復雜的任務。 這一發(fā)展趨勢，對工業(yè)控制 領域的通信功能有了更高的要求，不但要求不同單元的生產設備之間能夠相互交流信息，使得生產現(xiàn)場不同設備之間能夠相互配合，更加需要從生產現(xiàn)場到工廠管理級進行信息交流，實現(xiàn)管理級與生產現(xiàn)場的信息共享，從而提高效率，降低成本。按照目前較為流行的分層方法，可以將自動化控制系統(tǒng)分為信息層、控制層和設備層三個層次 [8]， 間的設備通信和不同層次之間的通信構成了整個系統(tǒng)的通信網絡。 現(xiàn)場總線是自動化控制的數字通信網絡，是連接基于某種現(xiàn)場總線標準的現(xiàn)場設備的開放系統(tǒng) [3]，它能將不同廠商的可編程設備連接在單層或多層網絡上，完成相 互之間的數據交互，實現(xiàn)分散控制和集中管理。隨著計算機網絡和通信技術的發(fā)展， PLC的通信及網絡技術也將向高速、多層次、大信息吞吐量、高可靠性的現(xiàn)場總線技術發(fā)展。 近年來無線通信技術迅速發(fā)展，其在工業(yè)控制領域的應用也日益廣泛，尤其在工業(yè)環(huán)境復雜、布線不方便、被控制對象位置不固定的控制系統(tǒng)中，無線技術的優(yōu)勢更為明顯，應用范圍也將更加廣泛。 技術 可編程邏輯控制器 PLC (programmable logic controller)，是以微處理技術為核心，綜合了自動控制技術、計算機技術、通信技術、 網絡技術發(fā)展起來的一種通用 設計（論文）專用紙 第 4 頁 工業(yè)控制裝置。具有體積小、功能強、可靠性高、環(huán)境適應能力強、編程簡單、組態(tài)靈活等一系列優(yōu)點，在工業(yè)控制領域獲得了非常廣泛的應用，被稱為現(xiàn)代工業(yè)技術的三大支柱之一。設計之初， PLC 被定位為用來替代傳統(tǒng)繼電器控制電路的簡單控制裝置，因此只能進行簡單的邏輯運算、定時和計數操作。隨著微處理技術的快速發(fā)展，PLC 在邏輯運算的基礎功能之上，增加了數值運算、閉環(huán)調節(jié)功能，并且提高了運算速度，擴大了控制規(guī)模。與計算機通信功能發(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絡體系 ，但是由于生產廠家各自獨立，通信協(xié)議自成系統(tǒng)，因此不同生產廠家的設備很難實現(xiàn)相互通信。從 20 世紀 80 年代中期開始，由于開放式系統(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)的開放，通信協(xié)議實現(xiàn)標準化，使得各生產廠家的產品間可以互相通信。 PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，功能也不斷完善。計算機與 PLC 之間，以及各個 PLC 之間的聯(lián)網和通信能力不斷增強，使工業(yè)網絡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)場總線技術 20 世紀 40 年代開始，工業(yè)生產過程開始了自動化控制的步伐，第一代 控制系統(tǒng)采用具有簡單測控功能的基地式儀表，被稱作氣動控制系統(tǒng) PCS。到了 60 年代，開始出現(xiàn)了應用 420ma 標準模擬信號的第二代控制系統(tǒng)，即模擬控制系統(tǒng) ACS，但是由于不同傳感器和執(zhí)行器的信號定義不同，很難形成規(guī)范的信號標準，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。隨著計算機在邏輯控制領域的廣泛使用，以單片機、小型 PLC 以及微處理器作為控制器傳輸數字信號的第三代控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng) CCS 開始出現(xiàn)，由于使用了數字信號，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號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系統(tǒng)的核心，一旦發(fā)生故障，將導致系統(tǒng)全面崩潰，無法正常工作。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)的這種缺陷應運而生的。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)領域得到了普遍的應用。但是，由于各生產廠家為了各自利益而采取了封閉的控 設計（論文）專用紙 第 5 頁 制通信模式，不同廠商的設備難以實現(xiàn)通信與信息連接，使得 DCS 成為了一種封閉專用，不具備大范圍擴展的分布式控制系統(tǒng) 。 現(xiàn)場總線技術就是在這樣一種背景下出現(xiàn)的，國際電工委員會將現(xiàn)場總線定義為：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制裝置之間支持串行、多點通信的數字式數據總線 []。它在連接上是一個開放的通信網絡，在模式上是全分布式系統(tǒng)，成為了生產過程現(xiàn)場智能設備的聯(lián)系紐帶。現(xiàn)場總線是一種開放式的數據總線，早在 1985 年，國際電工委員會就開始著手制定現(xiàn)場總線標準，并于 1995 年由ISASP50 和 Word FIP 合并組建的現(xiàn)場總線基金會制定出了第一個現(xiàn)場總線標準，即基金會現(xiàn)場總線 FF。雖然到目前為止，國際上有多達 40 多種的現(xiàn)場總線標準，但是任何一種標準都是開放的，只要遵守總線標準，無論任何廠商的設備都可以連接到該現(xiàn)場總線網絡上。 無線傳輸技術 在過去的幾十年中，無線通信技術獲得突飛猛進的發(fā)展，從人工操作的無線電報網絡到使用擴頻技術的自動化無線局域網，無線局域網，覆蓋不同通信距離和不同通信速率的無線通信標準達到了數十種，無線通信技術的應用領域隨著科技進步也在不斷擴展，并在 20 世紀 90 年代進入到工業(yè)控制領域。目前，無線通信技術在工業(yè)控制領域的應用主要集中在工廠管理級和遠程監(jiān)控上，其主要的技術優(yōu)勢沒有得到充分的發(fā)揮 。具有成本低廉、可靠性靈活性高、易用性和安全性好、施工周期短的無線技術要進入到工廠控制層和設備層，才能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢，也將給工業(yè)控制領域帶來更大的變化，提供更多的工業(yè)自動化解決方案。 工業(yè)自動化相關技術在過去幾十年的快速發(fā)展，使得控制器擁有更強大的處理能力， PLC 的過程控制和數據處理能力進一步得到完善，也可以替代計算機進行監(jiān)控和管理，強大的通信和聯(lián)網能力允許構建體系更加龐大的系統(tǒng)，以現(xiàn)場總線為代表的工業(yè)通信網絡也逐步完善，開放性和可靠性不斷增強，可以將大多數的工業(yè)設備添加到控制系統(tǒng)當中去，無線通信技術在工業(yè) 控制領域應用的不斷深入，是控制系統(tǒng)的結構可以有多種選擇，配置系統(tǒng)更為靈活。這些不斷發(fā)展的技術，正在適應日益復雜、龐 設計（論文）專用紙 第 6 頁 大的工業(yè)生產過程。 課題背景及意義 在水利水電工程建設乃至國民經濟建設中，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法取代的?；炷恋墓羌艹煞质怯缮笆牧蠘嫵傻模笆系幕瘜W成分、物理性能以及有害物質含量等因素都直接或間接對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，生產工藝、廠址選擇、設備選型等技術有著密切聯(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、細碎、超細碎、一次篩分、二次篩分、脫水篩分、成品堆場等環(huán)節(jié)組成，擁有加工設備 100 余臺 （ 套 ） 。系統(tǒng)砂石骨料生產分為特大石 （ 80150mm） 、大石 （ 4080 mm） 、中石 （ 2040mm） 、小石 （ 520mm） 、噴錨料 （ 515mm） 、砂 （ 小于 5mm） ，成品設計生產能力 420 t/h，承擔著約 310 104m3 混凝土 骨料的生產任務，屬于大型砂石加工系統(tǒng)。 大型砂石 加工 系統(tǒng)其現(xiàn)場生產設備范圍廣，布置較分散。機 械功率大，傳輸距離遠，安全操作又有嚴格的聯(lián)鎖，起動或停止的中間緩沖時間較長。電氣控制采用可編程控制技術 PLC，其控制程序可根據實際運行的情況進行編程及調整，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)場運轉工作人員，從而提高整個加工系統(tǒng)運行的可靠性及經濟性。 隨著我國工業(yè)化、信息化的不斷快速發(fā)展，工業(yè)生產系統(tǒng)越來越龐大，生產過程工藝要求越來越高，生產設備數量越來越多，對生產過程自動化控制的要求也越來越高。為了適應這些新的變化，工業(yè)自動化的水平和范圍也在不斷提高和擴大。工業(yè)自動化是涉及 自動化技術、網絡技術、計算機技術、通信技術等眾多技術的綜合性技術，正是由于這些技術的迅速發(fā)展，才使工業(yè)自動控制水平能夠不斷向前發(fā)展。本文就是在自動化要求不斷提高，從而相應的自動化控制水平也在快速發(fā)展的背景下進行設計的。 本課題設計的基于 PLC 控制的分布式自動控制系統(tǒng)，利用了 PLC 控制技術、現(xiàn) 設計（論文）專用紙 第 7 頁 場總線技術和無線通信技術，以砂石加工系統(tǒng)為例，為復雜工業(yè)流程的自動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)場總線技術和工業(yè)無線傳輸技術的基礎上，選用 S7300PLC及配套產品設計利用 ProfibusDP 現(xiàn)場總線和無線數據傳輸，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)實意義；第二章對砂石加工系統(tǒng)的工藝流程和控制要求進行了介紹；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計；第四章對粗碎車間生產工藝控制程序開發(fā)和粗碎車間組態(tài)王監(jiān)控畫面進行了介紹；最后，第五章進行了總結。 設計（論文）專用紙 第 8 頁 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乃至國民經濟建設中，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法取代的?；炷恋墓羌?成分是由砂石材料構成的，砂石料的化學成分、物理性能以及有害物質含量等因素都直接或間接對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，生產工藝、廠址選擇、設備選型等技術有著密切聯(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成本。因此設計一套控制合理、性能優(yōu)越、操作方便的砂石加工自動控制系統(tǒng)有著重要的意義。 在工程建設的不同使用場合，對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、細砂等幾種不同規(guī)格的產品。為了完成不同規(guī)格砂石產品的生產及篩分任務 ，砂石加工流程要按需求分為粗碎車間、細碎車間、超細碎車間、幾個位置對立，相互之間用膠帶輸送機連接的功能車間。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 細碎車間 超細碎車間 設計（論文）專用紙 第 9 頁 工藝流程 砂石加工是把來自料場的大石塊，經過破碎、篩分和沖洗后制作成顆粒直徑符合要求的砂石料的過程，其工藝流程如圖 所示 ： 圖 砂石加工工藝流程圖 來自料場的砂石原料直徑一般在 500700mm，用振動給料 機勻速的將原料投入到粗碎車間進行破碎，鄂式破碎機可以將原料處理為直徑小于 300mm 的半成品料，通過膠帶輸送機輸送至中碎車間使用圓錐破碎機繼續(xù)破碎，使砂石料顆粒直徑小于 80mm。經過處理的砂石料被輸送至第一篩分車間，進行一次篩分，第一篩分車間圓振動篩具有 05mm、 540mm、 4080mm 三種篩網規(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