基于S7-400H和WinCC flexible的干熄焦提升机自动控制系统

杨 韬，魏宏波，张效华，李 波，田 华

（本钢板材炼铁总厂，辽宁本溪 117000）

“干熄焦”与“湿熄焦”不同，其通过使用惰性气体，可使焦炭得到有效的冷却。该技术原理为：焦炭放置到干熄焦干熄炉的上层，循环鼓风机把低温的惰性气体吹到焦炭的下面，使其得到有效的冷却；循环气体通过循环风道，进入干熄焦的锅炉，与其物质进行热交换，最终得到的蒸汽可以发电。提升机是把干熄的红焦运送到干熄炉顶的装置，将横移牵引装置运送来的装有红焦的焦罐提升到干熄炉顶，并沿提升机走行轨道走行至干熄炉炉口上方，等装入装置打开炉盖和装入料盅对准炉口时，提升机下降进行装焦，装焦结束后将空焦罐运送回横移牵引装置上。

1 提升机控制系统介绍

提升机控制系统主站采用Siemens S7-400H 冗余控制系统，包括1个安装机架UR2-H、2个电源模板PS 407、2个容错CPU，CPU414-5H、4个同步子模板、2根光缆。

关于DP 从站和分布式I/O 站的配置，通过组态分布式I/O 站ET，可实现DP 从站间的快速切换。这是对系统冗余性的进一步增强，确保了在单个I/O 从站故障时，系统仍能继续运行。

3 个S7-300 冗余ET 分布式I/O DP 通讯设备的DP 地址分别为3和5。这些设备被配置为I/O 从站，型号为IM 153-2。对于这些设备的配置，需要确保与主站（即S7-400H）的通讯正常，且DP 地址设置正确。

2 台SINAMICS S120 变频器通过Y Link 连接至冗余H 系统中。Y Link 的配置包括两个IM 153-2接口模块和1个Y coupler。该部分配置的关键是确保Y Link 的正常工作，以及与S7-400H 的通讯正常。

2 启动S7-400H和CPU自检查

（1）第一个容错CPU（CPU0）来启动S7-400H，以确保系统的稳定性和可靠性。该做法可确保主站启动的正确性，同时也验证了系统的关键组件（即CPU）能正常工作。

（2）CPU 自检查。当CPU 第一次启动后，其会进行一次RAM 检测，通常会持续大约3 min。在此期间，CPU 会拒绝从MPI 接口获取任何信息，同时STOP LED 会亮起。但是，一旦备用电源存在，CPU在重新启动后就会停止进行RAM 检测。这是CPU自检的过程，是确保CPU 正常工作的关键步骤。

3 CPU同步模块安装过程

将同步子模板插到CPU 板中，并连接同步光缆，如图1所示。先将两个同步子模板连接到上方，以实现更高的精度；然后将两个同步子模板连接到底部，以实现更高效的传输；同时确保CPU 的同步光缆已被正确地连接，以便在启动电源或系统时能正常工作。

图1 S7-400H同步光纤的连接

4 使用STEP7进行组态

4.1 创建项目组态S7-400H

创建项目组态S7-400H，并配置硬件如图2所示。该步骤是配置PLC 硬件的首要步骤，使用S7-400H站点的Hardware 软件进行硬件配置。通常需要在该软件中添加和配置各种硬件组件，例如，处理器单元、输入/输出模块、通信模块等。

4.2 配置硬件

（1）添加1个UR2 H 机架。在Hardware 软件中，需要添加1 个UR2 H 机架。UR2 H 是Siemens S7 系列PLC 的一种机架，可容纳各种模块，包括处理器、输入/输出模块、通信模块等。

（2）配置电源和CPU，并确定CPU 上 的PROFIBUS DP 主站的位置，以确保系统的稳定性和可靠性。该步骤中，需要重新配置电源模块和CPU模块，并确保CPU 上的PROFIBUS DP 主站的位置是正确的，以确保整个系统能稳定可靠地运行。

（3）将同步子模板插入IF1和IF2槽中，以实现更高效的操作。该步骤中，需要将同步子模板插入到IF1和IF2槽中，以确保各模块间的数据传输更加高效，从而提高整个系统的性能。

（4）将机架0的设备信息复制到新的位置，然后粘贴到机架1上，最后调整网络参数。该步骤中，需要复制机架0的设备信息，然后将其粘贴到机架1上，以确保两个机架的设备配置是一样的。然后调整网络参数，以确保两个机架间的通信是正常的。

4.3 配置ET站

（1）按 照“master：DP master system（1）” 的指示，将设备连接到“PROFIBUS DP”总线，并从中找到一个名为“IM1532”的网络，然后单击右键，即可创建一个新的“ET”网络。该步骤中，需要将设备连接到“PROFIBUS DP”总线，并找到一个名为“IM1532”的网络，通常可以在PLC 的配置软件中找到。一旦找到该网络，可右键单击，然后选择创建一个新的“ET”网络。

（2）设定ET 站的地址。该步骤中，需要为新的ET 网络设定一个地址，用来在总线上标识ET 站，并在配置软件中为ET 站分配一个唯一的地址。

（3）在ET 站上添加I/O 模块。该步骤中，需要在ET 站上添加I/O 模块，这些模块是用来接收和发送数据的。在配置软件中，可找到ET 站的配置页面，然后在其中添加各种类型的I/O 模块，并为每个模块指定一个地址，以便在总线上标识。

4.4 配置Y-Link耦合器

按照“master：DP master system（1）”的指示，在硬件目录的“DP/PA Link”中选择“IM157”，然后双击，即可创建一个新的网络，然后设定Y-Link 的站地址，并将Y-Link 调整为一个DP/DP 或DP/PA 耦合器，以实现更高效的网络连接和传输。最后通过将Y-Link 技术应用于PROFIBUS 总线，为多个从站提供独立的连接，例如，Masterdrive，以实现更高效的网络管理和协同工作。需要注意的是，在更新硬件配置或关闭HW Config 前，必须先完成编译保存任务。

4.5 确保数据传输的稳定性和可靠性

在S7-400H PLC 在系统中，需要配置S7-400H PLC 的SIMATIC H 站主站、I/O 模块从站，变频器从站通讯协议，确保数据传输的稳定性和可靠性。例如，可通过Profibus DP协议实现主从站间的数据传输，如图3所示。

图3 硬件网络配置

4.6 编写S7-400HPLC的程序

使用STEP 7编程软件，编写S7-400H PLC 的程序，实现对提升机的速度、位置、故障等状态的监控和控制。通过编写的PLC 程序如图4所示，确保提升机的安全运行，需要设置多重保护措施，如限速、限位、过载保护等。这些保护措施可以通过S7-400H PLC程序实现，当发生异常情况时，PLC 会立即发出报警信号，并采取相应的保护措施，保证提升机全自动安全稳定运行。

图4 提升机控制系统PLC程序

5 HMI触摸屏人机界面

通过WinCC flexible 软件，将提升机的实时运行状态、故障信息等显示在操作界面上，方便操作人员远程监控和管理。选用西门子MP277触摸屏为操作人员提供数据记录和分析，在系统中，添加数据记录和分析功能，将提升机的运行数据记录下来，通过WinCC flexible 软件对数据进行统计和分析，以帮助操作人员更好地了解设备的运行状态和性能，但需要用WinCC flexible 软件进行编写，显示干熄焦直流母线电压、提升机走行和提升电机电压、电流数据、驱动变频器故障代码，提升机运行位置，限位数据。

用西门子WinCC flexible2008软件进行触摸屏与PLC 通讯连接以及触摸屏变量添加，如图5所示。

图5 触摸屏通讯连接和变量采集

编写参数监控画面如图6所示，对提升机运行参数，包括整流回馈、走行、提升逆变器工作电压、电流、故障代码等参数进行监视。

图6 提升机监控系统

6 结束语

西门子SiemenS-400H 冗余控制系统可靠性高，能满足干熄焦提升全自动生产运行的工艺要求，西门子MP277 触摸屏能有效建立人机之间的对话沟通，帮助操作、检修人员进一步了解设备运行状态。通过近几年稳定运行，充分证明S7-400H 和WinCC flexible 的干熄焦提升机自动控制系统能满足干熄焦生产要求，提高了企业的安全生产及熄焦干熄率，降低了干熄焦设备的故障率，有效保证了企业安全稳定生产。