西門子PLC及MCGS在球磨機控制系統的應用

武 君

（中鋁山東工程技術有限公司，山東 淄博 255052）

1 概述

球磨機是冶金、陶瓷、化工等行業缺一不可的設備，球磨機的大型化已成為其技術發展的主要方向。而大型磨機在工作過程中對電能的消耗更大，約占整個工廠的15%以上，設計一套實時、可靠的控制系統確保其安全、高效運行不僅能提生產效率，并且是實現企業節能降耗的重要途徑[1-2]。

傳統電控柜控制設計是用各種儀表、指示燈做顯示單元，用轉換開關、按鈕等做控制單元，各相關柜子間用硬線連接作為控制和連鎖信號來實現整個系統的配合工作。其施工工程量大，安裝成本高，操作過程復雜，且工作過程極易出現故障；本文所設計的球磨機控制系統以PROFIBUSDP和以太網通訊方式為主，結合少量的硬接線通訊方式，把系統內所有的信號集中到綜合信號柜的西門子S7300PLC中，使用昆侖通態（MCGS）液晶屏顯示屏做現場控制界面的顯示，并把所有信號通過DP/DP coupler上傳到上位機中，通過現場/遠程開關轉換，做DCS遠程控制，達到集散型控制的目的。本控制系統在節約施工成本的同時，提高了磨機系統的工作效率和安全運行保障。

2 控制系統構成

此磨機控制系統以綜合PLC柜SIMATIC 300(1)做主站（地址為2），3個潤滑站（地址3,4,5）、水阻柜（地址7）、進相柜（地址8）、DP/DP coupler（地址6）作為從站(如圖1，圖2)，采取DP總線通訊方式把從站的數據輸送到主站;高壓柜（一次線開關柜）及輔傳現場箱通過少量的硬接線接到主柜內的CPU輸入模塊，由主站CPU把這些信號處理后，一部分信號通過以太網通訊方式到操作現場昆侖通態觸摸屏，做現場操作及監控信號，另一部分以DP/DP coupler做轉換后，以DP通訊方式把信號送到DCS。

圖1 主從站的PLC組成

圖2 各站點的地址分配

2.1 綜合柜PLC （主站）設計

綜合柜中的PLC是控制系統的核心，作為主站，完成所有信號采集連鎖、變送、顯示任務，其PLC硬件組態設計見圖3：

圖3 綜合柜PLC主站總程序構成局部圖

綜合柜PLC（主站）的程序結構最為復雜，對其采用分布式編程和結構化編程（模塊化編程），由于此系統牽涉的控制部分較多，有的控制過程相對獨立，例如磨機主軸承潤滑站、水阻柜、進相柜，就適宜編成獨立的塊；有的控制過程類似或相關，例如減速機潤滑和電機軸承潤滑，就適宜編成通用FB塊，然后在OB1模塊進行調用，完成減速機潤滑和電機軸承潤滑控制，包括總程序構成（局部）、在OB1調用FB4、FB4程序局部圖，這樣就簡化了程序設計過程，減少了代碼長度，提高了編程效率。

2.2 磨機控制系統從站PLC系統

磨機控制系統包括3個潤滑站（地址3,4,5）、水阻柜（地址7）、進相柜（地址8）、DP/DP coupler（地址6）等PLC系統從站，負責和綜合PLC柜以DP總線通訊方式交換數據，以磨機主軸承潤滑站控制柜為例，現場觸摸屏局部畫面如圖4：

圖4 磨機主軸承潤滑站參數界面

2.3 磨機系統報警及停機信號處理設計

磨機系統采集的信號，參與磨機系統的主電機運行的保護，主要有潤滑站故障信號、電機部分的溫度信號、磨機中空軸及瓦溫信號、減速機軸承溫度信號、離合器限位信號、高壓柜、水阻柜、進相柜、故障信號，這些信號，是保護磨機必須的。

3 現場操作觸摸屏設計

觸摸屏取代按鈕站，操作磨機系統的潤滑站、高壓柜等主要組成部分，并能監視各部分參數運行情況，設定保護值，查看參數數值的歷史曲線及報警記錄等，本系統采用昆侖通態TPC1262Hi液晶屏。

TPC1262Hi液晶屏，是一套以先進的Cortex-A8 CPU為核心（主頻600MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產品設計采用了12.1英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×600），四線電阻式觸摸屏（分辨率4096×4096），以及具有良好的電磁屏蔽性，美觀堅固的鋁合金結構。同時還預裝了MCGS嵌入式組態軟件（運行版），具備強大的圖像顯示和數據處理功能。綜合柜的PLC通過以太網通訊方式到操作現場昆侖通態觸摸屏，進行現場操作。

把各操作站點設置成各子窗口，并點擊各菜單激活或關閉窗口，每個窗口顯示不同的內容，所有窗口名稱如下：目錄窗口、操作窗口、綜合流程圖、主電機溫度及磨機軸溫窗口、減速機軸承溫度窗口、中空軸溫度曲線窗口、歷史曲線窗口、靜壓潤滑窗口、電機軸承潤滑窗口、主減速機潤滑窗口、報警窗口、跳停窗口?，F給出綜合流程窗口、操作窗口、歷史曲線窗口做簡要介紹：綜合流程窗口可以更直觀的觀察各組成部分的運行狀態：油泵運行時顏色為綠，停止時顏色為紅，其他部分運行及停止也是顏色區分顯示（運行時顏色為綠，停止時顏色為紅），壓力、溫度、流量、電流值顯示出實際值。操作窗口：當把轉換開關打到觸摸屏時，操作窗口的各按鈕條可以操作所有部分，狀態顯示條顯示各部分運行狀態（運行時框條由紅色變綠色）及故障狀態（故障時框條由綠色變紅色）。

歷史曲線窗口以4小時做顯示單位，中空軸溫度以不同顏色區分各個測點的溫度；另外，主電機電流也在這屏內顯示，以左右箭頭鍵查看歷史記錄。

4 磨機系統綜合柜PLC和DCS之間通訊設計

由于上位機(DCS)是采用霍尼韋爾（Honeywell）C300系列，也屬于主站網絡，通訊波特率為12M,而綜合柜的西門子S7300PLC也已設定為主站網絡，通訊波特率為1.5M，所以選擇DP/DP Coupler做信號傳輸模塊。

4.1 DP/DP Coupler對系統綜合柜PLC和DCS之間的連接

DP/DP Coupler用于連接兩個Profibus-DP主站網絡，以便在這兩個主站網絡之間進行數據通訊，數據通訊區最高可以達244字節輸入和244字節的輸出.DP/DP Coupler模塊（如圖5）具有如下特點：

圖5 DP/DP Coupler模塊

連接兩個不同的Profibus網絡進行通訊，2個網絡的通訊速率，站地址可以不同；最多可以建立16個I/O數據交換區；兩個網絡電氣隔離，一個網段故障不影響另一個網段的運行；支持DPV1全模式診斷；可通過DIL開關、Step 7或其它編程工具設定Profibus站地址；采取雙路冗余供電方式（本系統雙電源分別是PLC電源-PS307和外配24V直流開關電源。

對于DP/DP Coupler連接的兩個網段,通訊速率可以不同,因此DP/DP Coupler非常適用于不同通訊速率的兩個Profibus-DP主站系統之間的數據通訊,但是對于通訊數據區，網絡1（磨機PLC綜合柜）的輸入區必須和網絡2（DCS）的輸出區完全對應，同樣網絡2的輸入區必須和網絡1的輸出區完全對應,否則會造成通訊故障。

4.2 DP/DP Coupler的硬件組態及通訊編程

根據磨機系統綜合柜PLC需要輸出160B到DCS系統，DCS需要輸出32B到綜合柜PLC。通訊數據編程也用結構化編程，把需要的通訊數據編成FC7，FC8兩個功能，在OB1進行調用，并用塊傳送指令傳送數據。

4.3 DCS信號顯示

DCS接受綜合PLC通訊數據信號后，在中控室操作屏上能顯示和現場觸摸屏一樣的數據；中控制室操作人員在中控室能方便的觀察各運行參數并能起停各設備（遠程允許信號需閉合）。

5 結語

此控制系統自研發出后，已在氧化鋁原料工序和煤粉制備工序成功運用，以操作界面清晰明了、信號保護周全、操作簡單直接、故障易于查找等優點，收到了用戶的好評。以后要加強和各用戶的溝通，虛心聽取用戶的意見，不斷改進，使這套系統更加完善。