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隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水泥行業(yè)也得到迅速發(fā)展。水泥產(chǎn)量得到大幅度的提高，回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)以其包裝速度快、效率高等優(yōu)勢(shì)越來越被更多的廠家所接受，也成為了各水泥設(shè)計(jì)院包裝車間設(shè)備的主要選型產(chǎn)品。

隨著水泥廠自動(dòng)化程度的提高，水泥廠對(duì)各種設(shè)備分散控制集中管理（DCS）的需求越來越高。回轉(zhuǎn)水泥包裝機(jī)在被大量選用的同時(shí)，在電氣控制方面也逐漸顯露出一些問題。如：雖然包裝機(jī)能夠獨(dú)立工作，但中控對(duì)包裝機(jī)的工作狀況不能作到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；在中控室不能遠(yuǎn)程直接控制包裝機(jī)的工作；對(duì)包裝機(jī)及配套輔機(jī)也不能進(jìn)行監(jiān)控。各水泥設(shè)計(jì)院在做水泥廠新線設(shè)計(jì)和老線改造過程中，也充分考慮了這種需求，要求在中控室能夠有效的對(duì)水泥廠各種設(shè)備的運(yùn)行狀況、主要技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)及其配套輔機(jī)，要求能夠接受來自中控室的各種指令，同時(shí)將相關(guān)信息送回中控室，具體要求如下。

1、回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)在運(yùn)行的過程中，能夠?qū)⑦\(yùn)行、停止指示信號(hào)；包裝機(jī)的回轉(zhuǎn)速度等信息反饋到中控室。

2、在停車狀態(tài)下，可以提供回轉(zhuǎn)包裝機(jī)的備妥信號(hào)。

3、在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)故障，可以向中控提供故障信號(hào)。

4、中控在收到備妥信號(hào)后，可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止包裝機(jī)。

5、遠(yuǎn)程優(yōu)先模式，中控掌握包裝機(jī)的控制權(quán)，中控可以根據(jù)需要在遠(yuǎn)程和機(jī)旁之間切換自動(dòng)包裝機(jī)的控制模式。

6、機(jī)旁優(yōu)先模式，水泥包裝機(jī)的控制權(quán)掌握在機(jī)旁，可以通過機(jī)旁控制箱在遠(yuǎn)程和機(jī)旁之間切換水泥包裝機(jī)的控制模式。

7、將中間倉料位信號(hào)傳到中控室。

8、可以將配套輔機(jī)的運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)傳到中控室，在中控室也可對(duì)配套輔機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止等控制操作。

根據(jù)水泥廠與設(shè)計(jì)院的具體要求，我們?cè)诎b機(jī)及配套輔機(jī)的電氣控制中采用了Profibus-DP總線，成功解決了上述問題。

一、PROFIBUS-DP總線介紹

PROFIBUS是PROCESSFIELDBUS的縮寫，是由SIEMENS等公司組織開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，先后成為德國和歐洲的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，并于2000年成為IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)之一。我國于2001年正式批準(zhǔn)PROFIBUS為機(jī)械行業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場(chǎng)總線國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB/T 10308.3-2001。

PROFIBUS-DP是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

二、系統(tǒng)硬件組成

根據(jù)PROFIBUS-DP的特點(diǎn)和水泥廠、設(shè)計(jì)院的具體要求，在包裝現(xiàn)場(chǎng)我們組建了一個(gè)PROFIBUS-DP從站，構(gòu)成如下：一臺(tái)西門子的S7-200系列PLC（可編程邏輯控制器）CPU224、一臺(tái)EM223(數(shù)字量擴(kuò)展模塊)、一臺(tái)EM231（模擬量擴(kuò)展模塊）和一臺(tái)EM231（PROFIBUS-DP擴(kuò)展從站模塊）。在從站中，我們將回轉(zhuǎn)水泥包裝機(jī)、電振篩、給料機(jī)、接包機(jī)、清包機(jī)、順包機(jī)等各種配套輔機(jī)的狀態(tài)和控制信號(hào)接入PLC，由PLC控制對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。通過EM231模擬量擴(kuò)展模塊，可以將模擬量輸入轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，用于包機(jī)轉(zhuǎn)速、中間倉料位等信號(hào)。中間倉料位信號(hào)是通過荷重傳感器和變送器，通過與中間倉內(nèi)料位的高低成正比的4-20mA電流信號(hào)采集中間倉料位；從變頻器采集與包裝機(jī)旋轉(zhuǎn)速度成正比4-20mA電流信號(hào)。通過EM277模塊用PROFIBUS-DP協(xié)議將系統(tǒng)連接到全廠的PROFIBUS-DP總線上，使得包裝機(jī)及輔機(jī)的控制系統(tǒng)成為一個(gè)PROFIBUS-DP從站，從而實(shí)現(xiàn)中控室對(duì)包裝車間的協(xié)調(diào)和控制，達(dá)到整廠分布式控制的要求。

三、系統(tǒng)軟件部分

從站的硬件組建完成后，需要對(duì)PLC進(jìn)行編程來完成從站的控制與通信功能。為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，PLC在內(nèi)部V數(shù)據(jù)區(qū)指定讀、寫兩段位存儲(chǔ)單元，作為通信專用存儲(chǔ)區(qū)。PLC將需要上傳的信息如：水泥包裝機(jī)的工作狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)速度、各配套輔機(jī)的工作狀態(tài)寫入寫數(shù)據(jù)區(qū)，由上位機(jī)來讀取。上位機(jī)將下達(dá)的指令如：水泥包裝機(jī)的啟、停，輔機(jī)的啟、停等寫入讀數(shù)據(jù)區(qū)供PLC讀取，接收指令。

上位機(jī)根據(jù)變量表分析各變量所代表的內(nèi)容，使用WINCC、組態(tài)王等各種組態(tài)工具軟件編制用戶應(yīng)用程序，可直觀的看到各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

四、系統(tǒng)工作流程

從站組建完成后，系統(tǒng)對(duì)包裝現(xiàn)場(chǎng)的回轉(zhuǎn)包裝機(jī)及配套輔機(jī)有兩種控制模式：本地控制和遠(yuǎn)程控制。

當(dāng)從站處于本地控制模式時(shí)，與傳統(tǒng)的控制相同，由包裝工控制包裝機(jī)及配套輔機(jī)的啟、停。PLC掃描全部設(shè)備的工作狀態(tài)，存儲(chǔ)到內(nèi)部指定的存儲(chǔ)單元，供中控室的上位機(jī)來讀??；當(dāng)從站處于遠(yuǎn)程控制模式時(shí)，中控掌握設(shè)備的控制權(quán)。在接到現(xiàn)場(chǎng)的備妥信號(hào)后，中控可以隨時(shí)發(fā)布啟動(dòng)和停止命令，控制現(xiàn)場(chǎng)的包機(jī)和配套輔機(jī)的運(yùn)行。

為了保證水泥包裝機(jī)的安全運(yùn)行，防止包裝設(shè)備啟動(dòng)時(shí)發(fā)生事故，當(dāng)從站工作在遠(yuǎn)程控制模式下，中控室對(duì)包機(jī)及配套輔機(jī)的啟動(dòng)控制，必須要有從站發(fā)出的備妥信號(hào)，如果從站尚未發(fā)出備妥信號(hào)，暫不執(zhí)行中控的命令，而是當(dāng)備妥后予以執(zhí)行。從站的備妥信號(hào)是在具備包裝機(jī)變頻器“備妥”和現(xiàn)場(chǎng)工作人員準(zhǔn)備好后發(fā)出“備妥”信息后才發(fā)出的，而且從站在執(zhí)行中控的遠(yuǎn)程運(yùn)行命令前，先發(fā)出聲光報(bào)警并延時(shí)一短暫的時(shí)間，提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員撤離到安全位置，從而保證了他們的安全。包機(jī)及配套輔機(jī)啟動(dòng)后，操作人員在現(xiàn)場(chǎng)可以按下“申請(qǐng)停機(jī)”按鈕申請(qǐng)停機(jī)，由中控決定是否響應(yīng)申請(qǐng)。與本地控制相同，PLC掃描、存儲(chǔ)各設(shè)備工作狀態(tài)，和料位、轉(zhuǎn)速等模擬信號(hào)，存儲(chǔ)到指定數(shù)據(jù)區(qū)等待中控上位機(jī)讀取。

在包機(jī)旁的手動(dòng)控制箱上設(shè)有“急停”按鈕，不論設(shè)備處于哪種控制方式，按下“急停”按鈕，包機(jī)和所有的相關(guān)輔機(jī)停止工作。“急停”取消后，恢復(fù)到停止前的工作狀態(tài)，從而增加了從站應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的能力和安全系數(shù)。

五、應(yīng)用效果分析

將PROFIBUS-DP總線技術(shù)引入到包裝機(jī)的控制中后，極大的提高了水泥廠包裝車間的自動(dòng)化程度。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，所以很容易與水泥廠現(xiàn)有的控制總線實(shí)現(xiàn)接口。配合總線上位機(jī)內(nèi)的組態(tài)軟件程序，在中控室可以直觀的看到各種設(shè)備的工作狀態(tài)，也可以通過敲擊計(jì)算機(jī)鍵盤發(fā)布命令或通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟件組態(tài)的各種按鈕，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝機(jī)及配套輔機(jī)的各種控制。一旦有設(shè)備出現(xiàn)故障，在中控室就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，降低了設(shè)備維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)維修保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。經(jīng)過在多家水泥廠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，本套系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，滿足了水泥廠和設(shè)計(jì)院的要求，得到了用戶的一致看好。

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