基于S7-400H和WinCC flexible的干熄焦提升機自動控制系統

楊 韜，魏宏波，張效華，李 波，田 華

（本鋼板材煉鐵總廠，遼寧本溪 117000）

“干熄焦”與“濕熄焦”不同，其通過使用惰性氣體，可使焦炭得到有效的冷卻。該技術原理為：焦炭放置到干熄焦干熄爐的上層，循環鼓風機把低溫的惰性氣體吹到焦炭的下面，使其得到有效的冷卻；循環氣體通過循環風道，進入干熄焦的鍋爐，與其物質進行熱交換，最終得到的蒸汽可以發電。提升機是把干熄的紅焦運送到干熄爐頂的裝置，將橫移牽引裝置運送來的裝有紅焦的焦罐提升到干熄爐頂，并沿提升機走行軌道走行至干熄爐爐口上方，等裝入裝置打開爐蓋和裝入料盅對準爐口時，提升機下降進行裝焦，裝焦結束后將空焦罐運送回橫移牽引裝置上。

1 提升機控制系統介紹

提升機控制系統主站采用Siemens S7-400H 冗余控制系統，包括1個安裝機架UR2-H、2個電源模板PS 407、2個容錯CPU，CPU414-5H、4個同步子模板、2根光纜。

關于DP 從站和分布式I/O 站的配置，通過組態分布式I/O 站ET，可實現DP 從站間的快速切換。這是對系統冗余性的進一步增強，確保了在單個I/O 從站故障時，系統仍能繼續運行。

3 個S7-300 冗余ET 分布式I/O DP 通訊設備的DP 地址分別為3和5。這些設備被配置為I/O 從站，型號為IM 153-2。對于這些設備的配置，需要確保與主站（即S7-400H）的通訊正常，且DP 地址設置正確。

2 臺SINAMICS S120 變頻器通過Y Link 連接至冗余H 系統中。Y Link 的配置包括兩個IM 153-2接口模塊和1個Y coupler。該部分配置的關鍵是確保Y Link 的正常工作，以及與S7-400H 的通訊正常。

2 啟動S7-400H和CPU自檢查

（1）第一個容錯CPU（CPU0）來啟動S7-400H，以確保系統的穩定性和可靠性。該做法可確保主站啟動的正確性，同時也驗證了系統的關鍵組件（即CPU）能正常工作。

（2）CPU 自檢查。當CPU 第一次啟動后，其會進行一次RAM 檢測，通常會持續大約3 min。在此期間，CPU 會拒絕從MPI 接口獲取任何信息，同時STOP LED 會亮起。但是，一旦備用電源存在，CPU在重新啟動后就會停止進行RAM 檢測。這是CPU自檢的過程，是確保CPU 正常工作的關鍵步驟。

3 CPU同步模塊安裝過程

將同步子模板插到CPU 板中，并連接同步光纜，如圖1所示。先將兩個同步子模板連接到上方，以實現更高的精度；然后將兩個同步子模板連接到底部，以實現更高效的傳輸；同時確保CPU 的同步光纜已被正確地連接，以便在啟動電源或系統時能正常工作。

圖1 S7-400H同步光纖的連接

4 使用STEP7進行組態

4.1 創建項目組態S7-400H

創建項目組態S7-400H，并配置硬件如圖2所示。該步驟是配置PLC 硬件的首要步驟，使用S7-400H站點的Hardware 軟件進行硬件配置。通常需要在該軟件中添加和配置各種硬件組件，例如，處理器單元、輸入/輸出模塊、通信模塊等。

4.2 配置硬件

（1）添加1個UR2 H 機架。在Hardware 軟件中，需要添加1 個UR2 H 機架。UR2 H 是Siemens S7 系列PLC 的一種機架，可容納各種模塊，包括處理器、輸入/輸出模塊、通信模塊等。

（2）配置電源和CPU，并確定CPU 上 的PROFIBUS DP 主站的位置，以確保系統的穩定性和可靠性。該步驟中，需要重新配置電源模塊和CPU模塊，并確保CPU 上的PROFIBUS DP 主站的位置是正確的，以確保整個系統能穩定可靠地運行。

（3）將同步子模板插入IF1和IF2槽中，以實現更高效的操作。該步驟中，需要將同步子模板插入到IF1和IF2槽中，以確保各模塊間的數據傳輸更加高效，從而提高整個系統的性能。

（4）將機架0的設備信息復制到新的位置，然后粘貼到機架1上，最后調整網絡參數。該步驟中，需要復制機架0的設備信息，然后將其粘貼到機架1上，以確保兩個機架的設備配置是一樣的。然后調整網絡參數，以確保兩個機架間的通信是正常的。

4.3 配置ET站

（1）按 照“master：DP master system（1）” 的指示，將設備連接到“PROFIBUS DP”總線，并從中找到一個名為“IM1532”的網絡，然后單擊右鍵，即可創建一個新的“ET”網絡。該步驟中，需要將設備連接到“PROFIBUS DP”總線，并找到一個名為“IM1532”的網絡，通?？梢栽赑LC 的配置軟件中找到。一旦找到該網絡，可右鍵單擊，然后選擇創建一個新的“ET”網絡。

（2）設定ET 站的地址。該步驟中，需要為新的ET 網絡設定一個地址，用來在總線上標識ET 站，并在配置軟件中為ET 站分配一個唯一的地址。

（3）在ET 站上添加I/O 模塊。該步驟中，需要在ET 站上添加I/O 模塊，這些模塊是用來接收和發送數據的。在配置軟件中，可找到ET 站的配置頁面，然后在其中添加各種類型的I/O 模塊，并為每個模塊指定一個地址，以便在總線上標識。

4.4 配置Y-Link耦合器

按照“master：DP master system（1）”的指示，在硬件目錄的“DP/PA Link”中選擇“IM157”，然后雙擊，即可創建一個新的網絡，然后設定Y-Link 的站地址，并將Y-Link 調整為一個DP/DP 或DP/PA 耦合器，以實現更高效的網絡連接和傳輸。最后通過將Y-Link 技術應用于PROFIBUS 總線，為多個從站提供獨立的連接，例如，Masterdrive，以實現更高效的網絡管理和協同工作。需要注意的是，在更新硬件配置或關閉HW Config 前，必須先完成編譯保存任務。

4.5 確保數據傳輸的穩定性和可靠性

在S7-400H PLC 在系統中，需要配置S7-400H PLC 的SIMATIC H 站主站、I/O 模塊從站，變頻器從站通訊協議，確保數據傳輸的穩定性和可靠性。例如，可通過Profibus DP協議實現主從站間的數據傳輸，如圖3所示。

圖3 硬件網絡配置

4.6 編寫S7-400HPLC的程序

使用STEP 7編程軟件，編寫S7-400H PLC 的程序，實現對提升機的速度、位置、故障等狀態的監控和控制。通過編寫的PLC 程序如圖4所示，確保提升機的安全運行，需要設置多重保護措施，如限速、限位、過載保護等。這些保護措施可以通過S7-400H PLC程序實現，當發生異常情況時，PLC 會立即發出報警信號，并采取相應的保護措施，保證提升機全自動安全穩定運行。

圖4 提升機控制系統PLC程序

5 HMI觸摸屏人機界面

通過WinCC flexible 軟件，將提升機的實時運行狀態、故障信息等顯示在操作界面上，方便操作人員遠程監控和管理。選用西門子MP277觸摸屏為操作人員提供數據記錄和分析，在系統中，添加數據記錄和分析功能，將提升機的運行數據記錄下來，通過WinCC flexible 軟件對數據進行統計和分析，以幫助操作人員更好地了解設備的運行狀態和性能，但需要用WinCC flexible 軟件進行編寫，顯示干熄焦直流母線電壓、提升機走行和提升電機電壓、電流數據、驅動變頻器故障代碼，提升機運行位置，限位數據。

用西門子WinCC flexible2008軟件進行觸摸屏與PLC 通訊連接以及觸摸屏變量添加，如圖5所示。

圖5 觸摸屏通訊連接和變量采集

編寫參數監控畫面如圖6所示，對提升機運行參數，包括整流回饋、走行、提升逆變器工作電壓、電流、故障代碼等參數進行監視。

圖6 提升機監控系統

6 結束語

西門子SiemenS-400H 冗余控制系統可靠性高，能滿足干熄焦提升全自動生產運行的工藝要求，西門子MP277 觸摸屏能有效建立人機之間的對話溝通，幫助操作、檢修人員進一步了解設備運行狀態。通過近幾年穩定運行，充分證明S7-400H 和WinCC flexible 的干熄焦提升機自動控制系統能滿足干熄焦生產要求，提高了企業的安全生產及熄焦干熄率，降低了干熄焦設備的故障率，有效保證了企業安全穩定生產。