一、前言

PROFIBUS是一種國際化、開放式異步串行通訊標準，廣泛適用于制造業自動化和流程自動化、樓宇、交通、電力等各行各業。通過PROFIBUS可以方便地實現各種不同廠商的自動化設備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協議標準由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設）、PROFIBUS-FHS（現場總線信息規范）、PROFIBUS-PA（過程自動化）。標準化的現場總線具有“開放”的通訊接口、“透明”通訊協議，允許用戶選用不同制造商生產的分散IO裝置和現場設備。現場總線PROFIBUS滿足了生產過程現場級數據可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器執行器領域的通信要求，另一方面又具有單元級領域的所有網絡通信功能。特別在“分散IO”領域，由于大量的、種類齊全的、可連接的現場設備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實上的國際公認的標準

本文介紹了某鋼鐵廠原料廠的配料控制系統改造的主要功能，特點，工作原理，控制方式和配置選型。近年來，我國的鋼鐵冶煉行業發展迅速，燒結礦是煉鐵的主原料，而配料技術工藝是影響燒結礦質量的重要環節，各稱量設備只有達到一定精度才能保證礦的質量。

傳統燒結工藝中主要依靠工作經驗進行調節，存在以下幾方面的問題：

A、不能適時進行調節配比，生產效率較低。

B、由于缺少計量設備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費現象嚴重，生產成本大大提高，不合格率較多，造成大量的廢品。

C、由于物料的粉塵污染較嚴重，嚴重影響工人的身體健康。近幾年來，鋼鐵廠工業過程自動化程度越來越高及人們對環保意識的增強，變頻技術以其優異的性能，在國內外得以廣泛應用。

二、配料控制系統的主要功能及特點

1、控制系統主要功能

A、監控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時流量、日累計、月累計、年累計等參數進行檢測和監視；

B、畫面顯示：通過計算機顯示器可顯示配料過程中有關控制參數的運行狀況，以及顯示實時配料曲線和表格；

C、打印管理：可隨時打印配料報表，以便保存和查詢；

D、通訊功能：工控機與PLC和配料稱重儀表之間進行可進行雙向數據及信息交換；

E、數據處理：系統可自動對采集的信號進行運算處理，并輸出到相應的控制量；

F、控制功能：根據操作前相應的設定值，自動控制設備的正常運行，包括PID調節；

G、報警功能：上位機以畫面方式和聲光信號方式對各種參數超限或設備狀態異常進行報警。

2、鋼鐵廠配料控制系統的主要特點

A、在配料系統結構上采用中小型集散控制系統，實現了“分散控制，集中管理”，克服了“危險集中”的問題；

B、上位機和下位機相對獨立。具有手動、自動、半自動切換功能，聯機時，彼此間按特定協議互通信息，脫機時，單臺秤可獨立實現工藝閉環過程控制；

C、上位機遠離操作現場，提高了系統的穩定性，改善了操作員的工作環境；

D、下位機選用可編程控制器，具有很強的抗干擾能力，編程簡單易于掌握，能在惡劣的環境中長期可靠的運行；

G、采用PID調節，提高配料系統的配料精度，并能根據生產要求，設置最佳的工作開關時序，較好的解決料頭料尾問題，自動修改系統的物料配比；

三、配料系統的結構及工作原理

1、控制系統的總體構成拓撲圖及系統原理圖

本系統由兩套PLC系統和一套上位機監控系統組成。PLC系統由兩個AB-300主站和26個輸料稱重傳送帶作為從站及專用通訊電纜組成，主站與從站通過PROFIBUS-DP通訊，

上位機監控系統采用WindowsXP操作系統，安裝RSlogix5000編程軟件及力控6.0組態軟件。

控制系統的總體構成拓撲圖及系統原理圖如下所示：

系統原理圖

A、上位機：對整個系統進行實時監控，畫面顯示和報表打印;

B、PLC：實現配料的自動控制;

C、配料儀表：用于配料的PID調節及瞬時流量和累計流量等參數的顯示;

D、控制柜：用于系統的邏輯控制和供配電;

E現場手操箱：用于現場單臺設備的啟停控制。

2、系統的運行方式：每一臺配料稱設手動，半自動，自動三種控制方式

A、手動時，將現場控制箱和儀表箱的轉換開關都打到手動位置，由現場控制箱上的啟停按鈕、電位器、頻率表等實現控制，由稱量儀表顯示物料瞬時量及累積量。主要用于網絡系統故障PLC控制系統發生故障或其它原因，需要進行手動檢修試車工作情況下的應急操作。

B、半自動時，將現場控制箱和儀表箱的轉換開關都打到自動位置，由現場控制箱上的啟停按鈕、頻率表、稱重顯示儀表等實現控制，可以通過稱重儀表設定的配方自動調整配料量，顯示物料瞬時量及累積量。主要用于不需要上位控制時。

C、全自動時，將儀表箱的轉換開關打到聯動位置，由上位機控制皮帶的啟停，動態顯示各物料量、皮帶運行狀態、各種報警指示，各配料量由上位機根據工藝要求統一設定，可進行采集和處理各配料控制回路來的稱量信號與開關量狀態，實現整個系統的皮帶秤給料、稱量檢測、料量調節，選擇和切換料倉等配料過程的自動控制。此時現場手動控制系統不起作用，完全通過中控室進行操作。

3、自動運行系統的啟動和停止

四種方式：順序啟動、順序停止、緊急停止、同時啟動

A、順序啟動:用于系統的初次啟動或者順序停止后的系統再啟動，順序啟動功能可以控制參加配料的給料設備按照皮帶的運行方向按一定的時間間隔依次啟動，保證料頭能夠對齊。

B、順序停止：用于希望長時間停車的場合，這樣可以保證輸送皮帶上的物料都運送干凈，使皮帶處于物料狀態，并且可以保證料尾對齊。

C、緊急停止：用于發生緊急情況所有參與配料的設備立即停止運行的場合。

D、同時啟動：用于急停后的再啟動，能夠使系統在上一次的“斷點”處接著往下運行，就像沒有發生過任何事情一樣。

注意：不能隨便，無順序的點擊這四個按鈕，必須按操作要求來操作。

4、物料量的控制

A、當某種物料量所需配比確定后，將其作為設定值輸入上位機，經網絡傳輸給稱重儀表。物料落到稱重皮帶上，其重量由稱重傳感器檢測，取得物料流量（測量值）的反饋電壓信號（0～30mV）到稱量控制儀表并運算成為PV當前值，經PID運算再輸出4～20mA控制信號至變頻器，以此改變其U／F輸出值，從而改變皮帶速度來控制物料量的大小，實現自動配料。

B、物料配比的控制：本系統給料任務來自上位機的配比輸入與計算進行控制，即將各種原料的工藝參數輸入計算機，由計算機直接對各料種進行設定和配比協調。

C、自動倒倉控制:同一種物料分別裝于幾個料倉中(如精礦粉),在生產中只用到其中的部分料倉給料,要求在某一正在給料的料倉發生故障(無料、堵料、機械故障等)時,控制系統根據程序設定,自動啟動一滿足條件且沒有參與配料的料倉給料系統。

D、燃料流量值的自動調整：設備順停時，由于精礦粉的總量隨著料倉的逐個減少，這時，程序自動逐漸減少燃料的下料量，以保證原配比不變。

四、系統設備選型

1、網絡系統選型

上位機：惠普商用電腦（內裝有力控組態軟件）

組態軟件功能:

實現對全系統的控制管理以及進行系統運行界面的圖形組態。運行期間上位機完成系統人-機對話、監控界面顯示、報警處理和顯示、生產數據處理和報表輸出。

PLC系統:CPU選用ABCompactLogix/MicroLogix。具有以下功能：

A、功能強大：完成任務更多

B、配置靈活：需要費用更省

SLC有多款不同容量和內置通訊接口的處理器可選。

提供最大容量最多可達64K字（128K字節）的數據/程序內存，精心設計的控制內核保證了同樣功能程序對內存的占用率只有其它競爭產品的50%不到；SLC的模塊化I/O系統提供了包括開關量、模擬量和專用模塊在內的60多種I/O模塊。

C、穩定可靠：無論是單機應用，還是分布式控制，在單一平臺上，SLC就能實現高速離散控制和過程控制；功能全面的診斷功能讓使用過程中的故障排查變得簡單。

D、貫通全廠直至信息層的通訊功能-----內置不同通訊接口的SLC系列處理器，提供多種控制器聯網方式供用選擇，以構成不同要求的工業監控網絡。

E、應用廣泛的多種現場總線集成：SLC提供了與各類“智能”設備的現場總線接口，這類設備包括各種傳感器、按鈕、馬達啟動器、現場操作員站和傳動設備等等，信息全部無縫通訊

軟件設置：操作系統選WindowsXP,上位機運行力控6.0組態軟件,PLC編程軟件選用AB-RSlogix5000.

2、配料秤選型

配料秤集機械、電氣、儀表一體，是對散裝物料進行連續的輸送、計量的理想設備。并可根據現場要求，實現用動、自動、聯動控制方式。是燒結、焦化、原料、水泥配料等生產工藝中的必選設備。

3、現場儀表

鋼鐵廠燒結配料系統的現場儀表直接接收秤重傳感器、測速傳感器信號，然后經過處理，把結果通過Profibus總線、I/O接口與CompactLogix/MicroLogix設備相連。該稱重儀表可掛壁安裝，也可就地安裝在稱重設備旁，操作方便、抗干擾能力強。

4、變頻器

變頻器選用偉創80B系列變頻器

出色的性能

A最高可達220%的過力矩。

B異步電機有傳感器或無傳感器的磁通矢量控制。

C在線自動調節(FVC)。

D速度或力矩控制。

E輸出頻率最高可達1000Hz。

F無傳感器電機控制。

可擴展的能力

G基本設備帶有豐富的功能：應用程序功能、輸入/輸出、通信網絡，

H這些可以通過以下各項實現進一步擴展：

I輸入/輸出擴展卡。

J編碼器接口卡。

K通信卡。

L內置可編程控制卡(ControllerInside)。

五、總結

目前流行的現場總線標準有很多種，如FF、Lonworks、CAN、WorldFIP和HART等。由于各種現場總線技術特點、適用場合不同，再加上各公司和企業集團受自身商業利益的驅使，可以預計在以后相當長的時間內會出現各種現場總線并存的情況。各種總線技術相互融合，在工程實踐中合理搭配是目前現場總線技術應用的一個顯著特點。PROFIBUS現場總線是開放的、功能完善的國際現場總線標準之一。PROFIBUS-DP[現場總線控制系統既是一個開放系統，又是一個全分布控制系統。它作為智能終端設備的聯系紐帶，把掛在總線上，作為網絡節點的智能終端設備連接為網絡系統，并進一步構成網絡自動化系統，實現基本控制、計算補償、參數修改、報警、顯示、監控、優化及控管一體化的綜合自動化控制功能。這是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通訊、網絡為主要內容的控制技術。些這特點使它在短短幾年內在化工、冶金、機械加工、電力和其它自動控制領域得到迅速廣和應用。因而PROFIBUS是一種很有前途的現場總線。。

偉創AC80B變頻器以出色的性能優勢、良好的性價比及其很最好的售后服務在本控制系統中應用并且已經經過調試順利運行，此系統無論在工藝要求、控制功能和操作方便還是可靠性以及全集成自動化方面均取得了顯著的效果和良好的經濟效益，為以后在化工、冶金、機械加工、電力和其它自動控制工業領域提供了極好的控制系統設計案例。