【正文】 級過程自動控制系統(tǒng)流程圖如圖 所示。上位機系統(tǒng)與控制器采用 100MHz 以太環(huán)網(wǎng)，通過工業(yè)交換機連接。 所有 IO站都是通過 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線與主控制器相連接的。環(huán)網(wǎng)所使用的交換機是 MOXA 公司生產(chǎn)的工業(yè)交換機，完全適應于苛刻的工業(yè)場合，進一步提高了管理控 制層通訊的可靠性。 STEP 7 標準軟件包符合面向圖形和對象的 Windows 操作原則，可運行在 Windows20xx、 Windows XP、 WindowsServer20xx下，為適應不同的應用對象，可選擇不同的版本，本設計是采用 漢化版進行的。 (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。 (4)硬件組態(tài)用于對硬件設備進行配置和參數(shù)設置。 (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]。 組態(tài)軟件采用圖形和動畫的方式顯示各種設備的運行狀態(tài)，能夠在計算機上遠程顯示出現(xiàn)場設備的參數(shù)和運行情況，設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。它包括Script（腳本）語言、設備組態(tài)、動畫連接、設備聯(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，它擁有技術先進和無縫集成的特點 [21][22]。 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。 整體開放性 是 WinCC 的另一個特點 。 10 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫設計 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)所設計的，可以方便查詢和調整設定值，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。它的系統(tǒng)結構框如圖所示。所有應用于 SIMATIC NET 的產(chǎn)品和模件都是為了工業(yè)應用而開發(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)絡已被廣泛地安裝和應用，經(jīng)過了時間的考驗。 本項目 PCS7系統(tǒng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)選用了 SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)和 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線。 系統(tǒng)擴展接口設計 PROFIBUS 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡可提供了最多 125 個節(jié)點，因此還有很大的擴展空間，在PROFIBUS 網(wǎng)絡中還可以接入眾多的 PROFIBUS 總線設備例如智能電機、智能開 關、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、inter 遠程控制設備、無線聯(lián)網(wǎng)設備等，組成豐富多彩的復雜的工業(yè)控制網(wǎng)絡。 系統(tǒng)的操作方式 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 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。在遠程自動控制方式下，生產(chǎn) 11 線上的所有設備按工藝要求進行聯(lián)鎖。在遠程手動控制方式下，由操作人員直接點擊畫面上的設備，在彈出 的單個設備啟停對話框上直接進行設備的控制。只有當切換開關放在遠程位置時，中控室才能通過程控操作設備，當切換開關放在就地位置時，只能在就地手動操作設備；就地手動操作方式具有最高的操作權限。 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。 （ 2）操作顯示采用多層顯示結構，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。 本章小結 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)的設計目標、設計原則和所需遵循的技術標準與規(guī)范，并從系統(tǒng)設計組成和系統(tǒng)操作方式這兩方面進行了闡述。 12 第三章 磨礦分級過程自動控制系統(tǒng)硬件設計 磨礦自動控制系統(tǒng)硬件設計 磨礦自動控制系統(tǒng)硬件模塊 組成 (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。在國內(nèi)外諸多領域的應用中，有著豐富的經(jīng)驗可以供參考、借鑒。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]。 首先 模塊化 、 無風扇的設計 ；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)分布式結構 ；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)場設備進行網(wǎng)絡通訊。 416CPU 本身 帶有兩個 PROFIBUSDP 接口， 從而 建立一個 DP 網(wǎng)絡，實現(xiàn) PLC 與 整個生產(chǎn) 現(xiàn)場設備的通訊。現(xiàn)在選用 5A 的電源，用于對 SIMATIC S7400 的供電。 信號的輸入輸出磨塊，主要根據(jù)現(xiàn)場控制設備的 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。 （ 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)。 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。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)。在補償法度 070℃范圍內(nèi)，溫度飄移低于 %FS，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于 %FS。 ④液位計的 安裝方便 ，而且 結構簡單 ，即 經(jīng)濟 又 耐用。本儀表采用非接觸式測量方式， 設備 探測器安裝在 現(xiàn)場 工業(yè)管道 與 設備外面， 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。最低可減小到 25ＭＢｑ (１毫居里 )，使 濃度計 儀器的輻射安全性能得到 有效的 保證 [29]。 ０．１％～１％ (由現(xiàn)場 的環(huán)境 條件及 設備的 量程 大小而定 )； ⑤ 射線計數(shù)率 的 長期穩(wěn)定 與 重復性： ０．１％ 。其主要技術參數(shù)如表 所示 14 表 ZDLJP100 技術參數(shù) 精 度 0． 2％ (DNl0— 1600) 測量范圍 0— 12m／ S 壓 力 0． 25M Pa～ 介質最高溫度 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 48 PROFIBUS PA／ DP ⑷ 電動調節(jié)閥 電動調節(jié)閥用于一段磨礦給礦水流量調節(jié)和一段泵池補加水流量調節(jié)，工程項目中選用上海凱爾特公司型號為 ZDLJP150 和 ZDLJP100 各 2臺。電動執(zhí)行機構內(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，連線簡單，閥體為直通單座無底蓋上導向結構，閥芯為柱塞型結構 ，具有體積小、重量輕、流量大、調節(jié)精度高等特點，適用于流量大，泄漏量要求嚴格的場合。 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。 (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）。1% ， 而且整個 流量定值 與 配比控制誤差 為 ≤177。2% 。 下面以主站配電原理圖和 1站為例介紹其硬件接線圖。 19 圖 1站 DI02 模塊接線圖 DI02 是數(shù)字量輸入模塊 DI 16 120 VAC/230 VAC，分成 4 組，對應的輸入分別為高頻振動篩 1～ 5 的手動運行和自動運行。 21 (3)DO1 至 DO5 數(shù)字量模塊開關量輸出接線圖 圖 1站 DO 塊接線圖 22 數(shù)字量輸出模塊 16 繼電器輸出 24V DC / 2A， 120 V/2A， 230 V/2A，分成 16 組 。 (4)1站繼電器接線圖如圖 圖 1站繼電器接線圖 23 CPU 數(shù)字量的輸出通過繼電器分別控制各個電機，它們分別是給料皮帶、長皮帶、高頻篩、渣漿泵的啟停。 (2) 闡述了磨礦分級控制系統(tǒng)的 PLC 模塊的 配置組成及 CPU 性能 ：其中 包括 CPU 配置、電源配置 及選型 、 信號 模塊的配置、 控制系統(tǒng) 接口模塊配置和 系統(tǒng) 通訊模塊的 網(wǎng)絡 配置，并且 設計 了 PLC 總體模塊結構圖，并 詳細的畫出 了 控制柜，通訊模塊，以及信號模塊：包括 開 數(shù)字 量輸入、 數(shù)字 量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出的模塊接線圖。控制系統(tǒng)的軟件編寫采用的是 Siemens 公司的專用軟件，對磨礦分級自動控制系統(tǒng)進行硬件組態(tài)、網(wǎng)絡組態(tài)、通信組態(tài) 與系統(tǒng)軟件的編寫。 磨礦分級自動控制系統(tǒng) PLC 的控制程序由系統(tǒng)程序和用戶程序構成。它包括：循環(huán)主程序塊 OB功能 FC、功能塊FB、中斷組織塊 OB35，數(shù)據(jù)塊 DB 等，用戶程序在 STEP7 軟件中編寫完畢后可通過 MPI 電纜或者以太網(wǎng)下載到 S7系列 PLC 的 CPU 中。 磨礦分級系統(tǒng) 控制程序設計流程 Siemens（ 西門子 ） S7400 編程軟件不是簡單的應用程序， 她 是由一系列應用程序 而組成的軟件包， SIMATIC 管理器集成了 硬件組態(tài)、 符號編輯器、編程工具（ 如： 梯形圖、語句表、功能塊圖 等 ） 、 NETPRO 通訊組態(tài) 和 硬件論斷 等。 S7 標準 包提供了 Step7 的所有軟件功能，功能 包括： 網(wǎng)絡組態(tài)的設置 以及通信定義； 硬件模塊的參數(shù)及屬性設置；編程、測試、仿真以及維護等。自動化解決方案的 設計 步驟流程圖如圖 所示 圖 項目 設計 流程圖 本課題 研究內(nèi)容是利用 STEP7 軟件對用戶程序的 進行 編寫， 通過 硬件和網(wǎng)絡的組態(tài)，設計 結構化程序 而達到對現(xiàn)場工藝設備 控制 的要求 。 DP通信的設定： PLC 側的通信速率設定為 。根據(jù)系統(tǒng)的配置選擇不同的通訊接口。 CPU 的初始組態(tài)可以通過 以 下兩種方式完成， MPI/DP,本系統(tǒng)的初始組態(tài)選擇的是 MPI。測試的結果是在總線節(jié)點處，窗口 0、 3 端口處是打勾的，它們分別對 應的是電源模塊、 CPU 模塊、 CP343_1 模塊的 MPI 地址。 磨礦分級 過程 控制系統(tǒng)的硬件組態(tài) STEP7 軟件集成了 大 量的應用軟件， 其中的 每個應用軟件 都可完成工程 設計中 有特定作業(yè)， 比 如： 網(wǎng)絡的組態(tài)（硬件組態(tài)、連接組態(tài)和接口組態(tài)）、 硬件的組態(tài)及其參數(shù)的設置、建立并調試用戶程序 等 。本文中用 STEP 向導完成硬件組態(tài)，組態(tài)步驟如下： （ 1）新建一個 STEP 7 項目 雙擊“ SIMATIC Manager”圖標 —— 打開 SIMATIC 管理器 —— 選擇菜單欄中“文件”菜單項， 再 在下拉列表中選擇“新建項目向導”按鈕，單擊“預覽按鈕”，選擇“下一步”按鈕；在出現(xiàn)的對話框中選擇 CPU 的類型與訂貨號，給 CPU 命名， MPI 的默認地址為 2；單擊“下一步”按鈕，在出現(xiàn)的對話框中選擇你要添加的項目塊，選擇所選塊的語言“ LAD” ； 單擊“下一步”按鈕，在出現(xiàn)的對話框中給項目名稱命名，本課題為“磨礦自動控制系統(tǒng)”。 [33][34] 27 圖 新建項目向導圖 （ 2）編輯硬件組態(tài) 在 SIMATIC Manager 主窗口中，雙擊 SIMATIC 400 站點，彈出機架窗口，在 0 號機架上依次加載電源模塊、通信模塊、信號模塊 [17][6]。 DP 地址默認為 2；在子網(wǎng)一欄中點擊“新建”窗口，彈出子網(wǎng)屬性窗口，在傳輸率設置一欄中選擇通信傳輸速率為 ，如圖 PROFIBUS 網(wǎng)絡參數(shù)設置所示。雙擊 IM153 模塊， 28 依次插入數(shù)字量輸入輸出模塊。雙擊 DP地址 為 IM153 模塊，依次插入模擬量輸入輸出模塊。在 10 至11 號槽位插入模擬量輸出模塊， SIMATIC400→ SM400→ AO400→ AO8x12Bit。 圖 信號模塊的硬件組態(tài)圖 ④模擬量