一、前言

PROFIBUS是一種國(guó)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(dòng)化和流程自動(dòng)化、樓宇、交通、電力等各行各業(yè)。通過PROFIBUS可以方便地實(shí)現(xiàn)各種不同廠商的自動(dòng)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(gè)兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-FHS（現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動(dòng)化）。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(jí)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(chǎng)設(shè)備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實(shí)上的國(guó)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(diǎn)，工作原理，控制方式和配置選型。近年來，我國(guó)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(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題：

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

B、由于缺少計(jì)量設(shè)備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費(fèi)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(dòng)化程度越來越高及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國(guó)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(diǎn)

1、控制系統(tǒng)主要功能

A、監(jiān)控功能：對(duì)皮帶稱配料過程的瞬時(shí)流量、日累計(jì)、月累計(jì)、年累計(jì)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)視；

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

C、打印管理：可隨時(shí)打印配料報(bào)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(dòng)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)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(dòng)控制設(shè)備的正常運(yùn)行，包括PID調(diào)節(jié)；

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

2、鋼鐵廠配料控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

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(shí)現(xiàn)了“分散控制，集中管理”，克服了“危險(xiǎn)集中”的問題；

B、上位機(jī)和下位機(jī)相對(duì)獨(dú)立。具有手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)切換功能，聯(lián)機(jī)時(shí)，彼此間按特定協(xié)議互通信息，脫機(jī)時(shí)，單臺(tái)秤可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)工藝閉環(huán)過程控制；

C、上位機(jī)遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場(chǎng)，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(jiǎn)單易于掌握，能在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期可靠的運(yùn)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(shí)序，較好的解決料頭料尾問題，自動(dòng)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(gè)AB-300主站和26個(gè)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，畫面顯示和報(bào)表打印;

B、PLC：實(shí)現(xiàn)配料的自動(dòng)控制;

C、配料儀表：用于配料的PID調(diào)節(jié)及瞬時(shí)流量和累計(jì)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(chǎng)手操箱：用于現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)設(shè)備的啟?？刂?。

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

A、手動(dòng)時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到手動(dòng)位置，由現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的啟停按鈕、電位器、頻率表等實(shí)現(xiàn)控制，由稱量?jī)x表顯示物料瞬時(shí)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(dòng)檢修試車工作情況下的應(yīng)急操作。

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

C、全自動(dòng)時(shí)，將儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到聯(lián)動(dòng)位置，由上位機(jī)控制皮帶的啟停，動(dòng)態(tài)顯示各物料量、皮帶運(yùn)行狀態(tài)、各種報(bào)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(hào)與開關(guān)量狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的皮帶秤給料、稱量檢測(cè)、料量調(diào)節(jié)，選擇和切換料倉(cāng)等配料過程的自動(dòng)控制。此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制系統(tǒng)不起作用，完全通過中控室進(jìn)行操作。

3、自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止

四種方式：順序啟動(dòng)、順序停止、緊急停止、同時(shí)啟動(dòng)

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

B、順序停止：用于希望長(zhǎng)時(shí)間停車的場(chǎng)合，這樣可以保證輸送皮帶上的物料都運(yùn)送干凈，使皮帶處于物料狀態(tài)，并且可以保證料尾對(duì)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(yùn)行的場(chǎng)合。

D、同時(shí)啟動(dòng)：用于急停后的再啟動(dòng)，能夠使系統(tǒng)在上一次的“斷點(diǎn)”處接著往下運(yùn)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(diǎn)擊這四個(gè)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(cè)，取得物料流量（測(cè)量值）的反饋電壓信號(hào)（0～30mV）到稱量控制儀表并運(yùn)算成為PV當(dāng)前值，經(jīng)PID運(yùn)算再輸出4～20mA控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)算進(jìn)行控制，即將各種原料的工藝參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)直接對(duì)各料種進(jìn)行設(shè)定和配比協(xié)調(diào)。

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

D、燃料流量值的自動(dòng)調(diào)整：設(shè)備順停時(shí)，由于精礦粉的總量隨著料倉(cāng)的逐個(gè)減少，這時(shí)，程序自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)全系統(tǒng)的控制管理以及進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行界面的圖形組態(tài)。運(yùn)行期間上位機(jī)完成系統(tǒng)人-機(jī)對(duì)話、監(jiān)控界面顯示、報(bào)警處理和顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理和報(bào)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(fèi)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(jì)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(jìng)爭(zhēng)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(tái)上，SLC就能實(shí)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(jiǎn)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(chǎng)總線集成：SLC提供了與各類“智能”設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，這類設(shè)備包括各種傳感器、按鈕、馬達(dá)啟動(dòng)器、現(xiàn)場(chǎng)操作員站和傳動(dòng)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(yùn)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(duì)散裝物料進(jìn)行連續(xù)的輸送、計(jì)量的理想設(shè)備。并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，實(shí)現(xiàn)用動(dòng)、自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)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(chǎng)儀表

鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表直接接收秤重傳感器、測(cè)速傳感器信號(hào)，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(dòng)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(xiàng)實(shí)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(chǎng)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(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)、適用場(chǎng)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(jì)在以后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的情況。各種總線技術(shù)相互融合，在工程實(shí)踐中合理搭配是目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)顯著特點(diǎn)。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是開放的、功能完善的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一。PROFIBUS-DP[現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放系統(tǒng)，又是一個(gè)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(diǎn)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(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、計(jì)算補(bǔ)償、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化控制功能。這是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)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(diǎn)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(dòng)控制領(lǐng)域得到迅速?gòu)V和應(yīng)用。因而PROFIBUS是一種很有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線。。

偉創(chuàng)AC80B變頻器以出色的性能優(yōu)勢(shì)、良好的性價(jià)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(yùn)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(dòng)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(dòng)控制工業(yè)領(lǐng)域提供了極好的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例。