一、前言 
 
       PROFIBUS是一種國際化、開放式異步串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動化和流程自動化、樓宇、交通、電力等各行各業(yè)。通過PROFIBUS可以方便地實現(xiàn)各種不同廠商的自動化設(shè)備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-FHS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動化）。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線具有“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)場設(shè)備?，F(xiàn)場總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(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)場設(shè)備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實上的國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。 
       本文介紹了泰鋼集團(tuán)一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)驗進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題： 
 
       A、不能適時進(jìn)行調(diào)節(jié)配比，生產(chǎn)效率較低。 
       B、由于缺少計量設(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)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強(qiáng)，變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(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)
 
2.1、控制系統(tǒng)主要功能

 
A、監(jiān)控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數(shù)進(jìn)行檢測和監(jiān)視； 
B、畫面顯示：通過計算機(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，以及顯示實時配料曲線和表格； 
C、打印管理：可隨時打印配料報表，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)可自動對采集的信號進(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，自動控制設(shè)備的正常運(yùn)行，包括PID調(diào)節(jié)； 
G、報警功能：上位機(jī)以畫面方式和聲光信號方式對各種參數(shù)超限或設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行報警。

2.2、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)，實現(xiàn)了“分散控制，集中管理”，克服了“危險集中”的問題； 
B、上位機(jī)和下位機(jī)相對獨(dú)立。具有手動、自動、半自動切換功能，聯(lián)機(jī)時，彼此間按特定協(xié)議互通信息，脫機(jī)時，單臺秤可獨(dú)立實現(xiàn)工藝閉環(huán)過程控制； 
C、上位機(jī)遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場，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，編程簡單易于掌握，能在惡劣的環(huán)境中長期可靠的運(yùn)行； 
E、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)置較好的工作開關(guān)時序，較好的解決料頭料尾問題，自動修改系統(tǒng)的物料配比。 

三、配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理
 
3.1、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AB-300主站和26個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?？刂葡到y(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)：對整個系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，畫面顯示和報表打印;
B、PLC：實現(xiàn)配料的自動控制;
C、配料儀表：用于配料的PID調(diào)節(jié)及瞬時流量和累計流量等參數(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)場手操箱：用于現(xiàn)場單臺設(shè)備的啟?？刂?。

3.2、系統(tǒng)的運(yùn)行方式

       每一臺配料稱設(shè)手動，半自動，自動三種控制方式
       A、手動時，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到手動位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、電位器、頻率表等實現(xiàn)控制，由稱量儀表顯示物料瞬時量及累積量。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)行手動檢修試車工作情況下的應(yīng)急操作。
       B、半自動時，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到自動位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、頻率表、稱重顯示儀表等實現(xiàn)控制，可以通過稱重儀表設(shè)定的配方自動調(diào)整配料量，顯示物料瞬時量及累積量。主要用于不需要上位控制時。
       C、全自動時，將儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到聯(lián)動位置，由上位機(jī)控制皮帶的啟停，動態(tài)顯示各物料量、皮帶運(yùn)行狀態(tài)、各種報警指示，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與開關(guān)量狀態(tài)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的皮帶秤給料、稱量檢測、料量調(diào)節(jié)，選擇和切換料倉等配料過程的自動控制。此時現(xiàn)場手動控制系統(tǒng)不起作用，完全通過中控室進(jìn)行操作。
 
3.3、自動運(yùn)行系統(tǒng)的啟動和停止

四種方式：順序啟動、順序停止、緊急停止、同時啟動
       A、順序啟動：用于系統(tǒng)的初次啟動或者順序停止后的系統(tǒng)再啟動，順序啟動功能可以控制參加配料的給料設(shè)備按照皮帶的運(yùn)行方向按一定的時間間隔依次啟動，保證料頭能夠?qū)R。
       B、順序停止：用于希望長時間停車的場合，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)行的場合。
      D、同時啟動：用于急停后的再啟動，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)擊這四個按鈕，必須按操作要求來操作。
 
3.4、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，取得物料流量（測量值）的反饋電壓信號（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，實現(xiàn)自動配料。
B、物料配比的控制：本系統(tǒng)給料任務(wù)來自上位機(jī)的配比輸入與計算進(jìn)行控制，即將各種原料的工藝參數(shù)輸入計算機(jī)，由計算機(jī)直接對各料種進(jìn)行設(shè)定和配比協(xié)調(diào)。
C、自動倒倉控制:同一種物料分別裝于幾個料倉中(如精礦粉),在生產(chǎn)中只用到其中的部分料倉給料,要求在某一正在給料的料倉發(fā)生故障(無料、堵料、機(jī)械故障等)時,控制系統(tǒng)根據(jù)程序設(shè)定,自動啟動一滿足條件且沒有參與配料的料倉給料系統(tǒng)。
D、燃料流量值的自動調(diào)整：設(shè)備順停時，由于精礦粉的總量隨著料倉的逐個減少，這時，程序自動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
 
4.1、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:
       實現(xiàn)對全系統(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)對話、監(jiān)控界面顯示、報警處理和顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理和報表輸出。
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爭產(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，在單一平臺上，SLC就能實現(xiàn)高速離散控制和過程控制；多功能的診斷功能讓使用過程中的故障排查變得簡單。 
       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)場總線集成：SLC提供了與各類“智能”設(shè)備的現(xiàn)場總線接口，這類設(shè)備包括各種傳感器、按鈕、馬達(dá)啟動器、現(xiàn)場操作員站和傳動設(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。

4.2、配料秤選型

        配料秤集機(jī)械、電氣、儀表一體，是對散裝物料進(jìn)行連續(xù)的輸送、計量的理想設(shè)備。并可根據(jù)現(xiàn)場要求，實現(xiàn)用動、自動、聯(lián)動控制方式。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。

 4.3、現(xiàn)場儀表

       鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表直接接收秤重傳感器、測速傳感器信號，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)。

 4.4、變頻器

變頻器選用偉創(chuàng)AC80B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、在線自動調(diào)節(jié)(FVC)。
D、速度或力矩控制。
E、輸出頻率最高可達(dá)320.00 Hz。
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實現(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。

五、總結(jié)