基于PLC和现场总线通讯的矿石破碎控制系统设计

张海峰，王治刚，王淑红

（1.中国铝业山东分公司阳泉矿，山西阳泉045000；2.太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原030024）

基于PLC和现场总线通讯的矿石破碎控制系统设计

张海峰1，2，王治刚2，王淑红2

（1.中国铝业山东分公司阳泉矿，山西阳泉045000；2.太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原030024）

针对矿石破碎工序，设计了控制系统，介绍了系统的结构、功能。根据矿石破碎系统的工艺要求，以PLC为控制核心，以Profibus－DP总线为架构，采用智能MCC控制保护装置作为控制单位，实现了对破碎系统的控制。

Profibus－DP现场总线；可编程控制器；智能MCC控制保护装置

传统的矿石破碎控制系统主要是以继电器控制系统为主，这种控制系统由于其功能单一，控制柜体积大，界面以按钮和电表为主，并且保护功能和联锁功能弱，所以随着控制技术的发展，这种控制系统已经不能满足生产需要，急需改变[1]。本文就是以中国铝业山东分公司阳泉矿破碎系统改造工程为例来介绍一种新的控制系统模式。

1 控制系统技术改造要求

1.1 原控制系统存在的问题

破碎系统的生产设备之间工艺连锁性较复杂。原有电气控制系统采用传统的交流继电器控制方式，操作界面只有按钮和仪表盘组成的简易人机界面，界面可视性较差，且原控制系统只有单一的手动操作方式；原有控制系统运行时极易出现误操作，引发设备事故，给矿石破碎的生产带来很大隐患。

1.2 技术改造要求

技术要求如下：（1）实现开关量的逻辑控制与模拟量的处理；（2）实现与上位机、人机界面的远程通讯连接；（3）控制系统设置手动和自动两种方式，破碎系统正常生产时工作在自动工作方式下，检修维护时工作在手动工作方式下；（4）实现给料机、腭式破碎机、锥式破碎机、皮带输送机等设备的平稳启动及快速制动；（5）人机界面美观，交互功能良好。各台设备的关键运行参数可通过人机界面进行设定、修改。各个设备的运行监视参数可通过总线通讯接口，由人机界面进行远程显示；（6）实现现场仪表与控制室设备之间构成网络互联系统，具备全数字化、双向、多变量数字通信的功能；（7）改造后的控制系统可扩展性好。

2 控制系统的硬件设计

2.1 控制系统的总体设计方案

总体设计方案如下：（1）采用PLC（Programmable Logical Controller）作为控制系统的主控制器，并扩展其模拟量输人输出模块；（2）由智能MCC（Motor Control Center）控制保护装置控制破碎系统各台设备，实现各设备的正常启动、运行、停车等功能；（3）PLC与智能MCC控制保护装置之间采用基于Profibus－DP的总线通讯技术，通过Profibus－DP总线通讯实现设备控制信号和设备运行参数（如功率、电流、电压、温度等）的准确传输；（4）采用计算机做为系统人机界面，实现控制室操作人员远程控制破碎系统各台设备的启动、停机并能够实时读取各设备的主要运行参数，从而达到提高破碎系统生产自动化水平的目的[2]。

PLC与智能MCC控制保护装置之间采用基于Profibus－DP的总线通讯方案，主要原因是：Profibus－DP总线作为目前国际流行的开放式现场总线标准之一，它能使生产现场仪表之间、现场仪表和控制室设备之间构成网络互联系统，而且它具备了控制功能下载的优点，使得控制功能由过去的控制室设备完成转变为由具备智能功能的现场仪表来承担，容易构成大型开放式的控制系统，从而实现生产过程中从最高决策层到最低设备层的综合管理和控制；Profibus-DP总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，凡是符合该总线通讯协议并且具有相应接口的现场设备都可以接入总线通讯系统，易于实现工业控制系统的扩展，使控制系统具备了灵活的可扩展性，系统构成见图1。

图1基于PLC和Profibus-DP的破碎控制系统示意图

依据结构化的软件设计思想，整个PLC控制系统的程序主要包括模拟量输入输出读写、PLC与智能MCC控制保护装置总线通讯程序等各个程序模块。本文重点介绍PLC与智能MCC控制保护装置总线通讯程序的设计。

3.1 PLC的程序编写

（1）使用 STEP7组态软件，进入 Hardware Configure完成S7-300 PLC硬件组态[4]；（2）选定S7-315-2DP为主站系统，将智能MCC控制保护装置的GSD（设备数据库）文件导入STEP7的编程环境中，软件组态智能MCC控制保护装置到以S7-315-2DP为主站的DP网上。根据智能MCC控制保护装置Profibus通讯规约来编写程序。规约如表1和表2所示。

表1 输出表

2.2 系统的主要硬件选型

根据控制要求和控制规模的大小，选用西门子公司SIMATIC S7-315-2DP系列PLC作为系统的主控制器，组态软件采用西门子公司的WinCC V6.02。用户可以通过STEP7来实现对下位程序的编写、调试。

与PLC进行总线通讯的设备采用保定市尤耐特电气有限公司UNT-MMI智能MCC控制保护管理装置。MCC控制保护管理装置主要用于低压电动机控制回路中，实现对电动机的各种保护、监测及控制功能，并能通过现场总线，实现对电动机回路的远程监控3.UNT-MMI智能MCC控制保护管理装置采用通用化设计理念，在简化一次回路的基础上（省却了传统的热继电器、热保护器、欠压过压保护器等多种保护器；取消了时间继电器、中间继电器、辅助继电器、电流互感器、仪表、转换开关、指示灯等多种二次分离元件），完成了二次回路的控制、保护、联锁、测量、信号等功能。MCC控制保护管理装置由MCC保护控制器和配套智能仪表两部分组成。

3 控制系统的程序设计[3]

（3）根据规约在主PLC程序中建立一个程序功能块，用于智能MCC控制保护装置的数据通信以及主要设备的开停控制，数据监控等。

（4）利用已经编好的功能程序块，来对具体的设备进行不同的联锁控制。

3.2 智能MCC控制保护装置设置

与PLC通讯有关的设置具体如下：在初始界面中有4个菜单分别是测量数据、参数设置、管理信息、事故复归。选择参数设置，参数设置里面的5个项目菜单分别是：系统设置、保护设置、开入开出、PLC、其他3；选择进入系统设置菜单，系统设置菜单中有通讯菜单，选择进入后，选择通讯1-〉地址的选择与PLC具体设备中设置的地址对应。比的设备地址选择的5，那在智能MCC控制保护装置上设置中通讯地址的设置也是5，这样就完成了通讯地址的对应，建立了通讯。其他只需要按照通讯规约在PLC中进行完成。

表2 输入表

4 人机界面的设计

为了获得较理想的人机交互效果，采用西门子公司的WinCC V6.0组态软件进行监控组态软件的开发和设计，利用该软件中的位状态指示灯、位状态设定动画、表针、报警栏显示、趋势图、棒图等元件，制作出一套美观形象的上位机监控系统，完成后的上位组态画面见图2：

图2 上位机监控系统组态画面

5 结束语

破碎系统电气控制系统在采用PLC、智能MCC控制保护装置，基于Profibus－DP总线通讯的技术改造方案后，矿石破碎控制系统的操作和运行不仅安全、稳定、可靠，而且提高了控制系统的自动化水平。 基于Profibus－DP总线的通讯方案实现了PLC与智能MCC控制保护装置之间的双向、高速、全数字的实时通讯，同时达到现场设备的平稳启动和快速停车、保护联锁等要求。采用这套电气控制方案，为现场安全、方便、可靠的生产提供了有力的保证。

[1]缪学勤.现场总线与工业以太网技术最新进展[D].上海：上海工业自动化仪表研究所，2004.

[2]许志军.工业控制组态软件及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]UNT-MMI智能MCC（Motor Control Center）控制保护管理装置手册[M].保定：保定市尤耐特电气有限公司，2008.

[4]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京：机械工业出版社，2008.

〔责任编辑 石白云〕

Design of Ore Crushing Control System based on PLC and Bus Communication

ZHANG Hai-feng1，2，WANG Zhi-gang，WANG Shu-hong2
（1.Yangquan Colliery in Shandong Subcompany of China Aluminum Industry，Yangquan Shanxi，045000；2.College of Electrical and Power Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi，030024）

This paper designed control system and gave system component structure and functions in view of procedure of ore crushing.In according to technological requirements of ore crushing system，the crushing system was controled based on PLC as contral core，architecture as Profibus-DP bus，and using intelligentMCC control protective device as control unit.

Profibus-DP；PLC；intelligentMCC control protective device

R392.12

A

1674－0874（2012）02－0060－03

2011-12-20

张海峰（1976-），男，山西应县人，硕士，工程师，研究方向：电气自动化。