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摘要：
本文主要介紹以西門子S7-300PLC、WINCC V6為結(jié)構(gòu)的DCS系統(tǒng)在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的應(yīng)用，通過對系統(tǒng)硬件設(shè)計方法和程序設(shè)計思想的介紹,使讀者了解DCS系統(tǒng)是如何實現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的自動控制的。
關(guān)鍵詞:
DCS系統(tǒng)，PLC,壓風(fēng)機(jī)，HMI/SCADA軟件系統(tǒng)
一、 概述
DCS系統(tǒng),英文名稱為DISTRIBUTOR CONTROL SYSTEM,它是目前自動控制行業(yè)主流系統(tǒng),它廣泛應(yīng)用在化工廠、電廠、變電所、煉油廠、煤礦等自動控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、集中控制和自動控制等功能。現(xiàn)在，各大電氣公司紛紛推出自己的DCS產(chǎn)品,西門子公司的S7-300PLC和WINCC v6構(gòu)成的DCS系統(tǒng)，是比較有名氣自動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在我們淮南礦業(yè)集團(tuán)已有多套應(yīng)用在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間。此系統(tǒng)應(yīng)用在壓風(fēng)車間后，改變了以往壓風(fēng)車間分散儀表控制,簡化了控制線路,提高了壓風(fēng)車間的穩(wěn)定性,而且使得壓風(fēng)車間控制的靈活性增加,使得壓風(fēng)車間有更加完善的控制。下面以我個人的實踐經(jīng)驗來介紹一下煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的DCS系統(tǒng)。
二、 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
一般DCS系統(tǒng)分為二大部分：上位機(jī)部分和下位機(jī)部分，西門子公司的DCS系統(tǒng)的上位機(jī)部分為WINCC V6，下位機(jī)部分為S7-300PLC。上位機(jī)含有HMI/SCADA軟件系統(tǒng)WINCC V6,它是一種組態(tài)軟件，它的英文名稱為Windows Control Center（視窗控制中心），它不僅具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，而且具有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。下位機(jī)分為CPU部分和模塊部分，S7-300PLC的CPU模塊含有電源，它zui大的優(yōu)點是含有I/O模塊，另外它還帶有三種模塊，分別為模擬量輸入模塊（AI模塊）、開關(guān)量輸入模塊（DI模塊）、開關(guān)量輸出模塊（DO模塊），這三種模塊通過底部總線與CPU模塊進(jìn)行通訊，把采集來的壓風(fēng)機(jī)的模擬量信號、開關(guān)量信號送入CPU，一般一個CPU帶8個模塊，每個模塊的每個通道,CPU都通過的軟件分配有地址,這些地址為CPU內(nèi)寄存器地址,例如DI模塊分配地址為I12.0--I12.7,DO模塊分配地址為O124.0—O124.7。
三、DSC系統(tǒng)具體控制原理
DCS系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歷史記錄、報警記錄、報表系統(tǒng)，下位機(jī)系統(tǒng)主要為PLC的軟件編程。
（一）上位機(jī)軟件控制原理
數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能是Wincc V6zui基本的功能，它把壓風(fēng)車間所有設(shè)備的運行數(shù)據(jù)采集上來，供給壓風(fēng)司機(jī)監(jiān)控。以壓風(fēng)機(jī)的溫度顯示為例，說明DCS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的過程， 壓風(fēng)機(jī)溫度測量是采用Pt100熱電阻，此熱電阻采集來的溫度信號通過三芯屏蔽傳輸?shù)絇LC的AI模塊的一個通道，AI模塊把此溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過底板總線傳到CPU模塊，CPU接到此信號后，把此信號存入到一個相應(yīng)的寄存器中，然后通過Profibus協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)中的Wincc V6采集到這一地址寄存器中的數(shù)據(jù)后，通過一定的轉(zhuǎn)換在上位機(jī)的界面中顯示出來，使壓風(fēng)司機(jī)看到這一溫度值。
壓力、流量、電壓、電流、電機(jī)開停狀態(tài)數(shù)據(jù)都是通過此過程把數(shù)據(jù)采集上來的。
數(shù)據(jù)歷史記錄是把設(shè)備運行數(shù)據(jù)記錄下來，以供以后查詢用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以記錄設(shè)備當(dāng)時的運行數(shù)據(jù)，以方便對設(shè)備的故障分析。報警記錄是指設(shè)備運行數(shù)據(jù)出現(xiàn)報警值時，把報警值記錄下來，以方便對系統(tǒng)的故障分析，另外還可以提醒運行人員及時排除故障，以防事故的擴(kuò)大。報表功能是可以按時打印運行數(shù)據(jù)，不需人工抄運行數(shù)據(jù)，這大大提高了運行效率。
（二）下位機(jī)控制原理
下位機(jī)的PLC的編程，為壓風(fēng)機(jī)集控和自動控制的核心?，F(xiàn)以壓風(fēng)機(jī)的二級排氣壓力自動調(diào)節(jié)為例，說明壓風(fēng)機(jī)的自動調(diào)節(jié)過程。智能壓力變送器把壓風(fēng)機(jī)二級排氣壓力信號轉(zhuǎn)換成4—20mA電流信號，然后通過屏蔽電纜把此信號傳輸?shù)絇LC的AI模塊，AI模塊把此信號傳輸?shù)紺PU模塊，CPU接到此信號后，把此信號通過PLC的梯形圖，與相應(yīng)的卸荷值和增荷值進(jìn)行比較，當(dāng)測量值大于卸荷值時，PLC會輸出一個量，通過DO模塊來控制相應(yīng)的卸荷電磁閥動作，使壓風(fēng)機(jī)卸荷，從而二級排氣壓力下降；當(dāng)測量值小于增荷值時，PLC會輸出一個量，通過DO模塊來控制相應(yīng)增荷電磁閥動作，使壓風(fēng)機(jī)增荷，從而二級排氣壓力上升。這一系列的過程都不需人干預(yù)，*是自動化。
集中控制是指我們可以在上位機(jī)集中控制高低壓開關(guān)柜合分，水泵的起停以及壓風(fēng)機(jī)的起停。水泵自動控制一般為水泵的聯(lián)鎖控制，打入聯(lián)鎖的情況下，當(dāng)一臺水泵故障停止后，另外一臺水泵會自動起來，保證壓風(fēng)機(jī)不會因為水泵的停止而跳機(jī)。
三、 DCS系統(tǒng)的擴(kuò)展
DCS系統(tǒng)通過PLC的I/O模塊來采集數(shù)據(jù)，另外通過總路線技術(shù)，還可以與壓風(fēng)車間的數(shù)顯儀表進(jìn)行通訊，監(jiān)控這些數(shù)顯儀表。我們壓風(fēng)車間水泵電機(jī)綜保采用的是MPC數(shù)字式電機(jī)綜合保護(hù)器，具有MODBUS通訊協(xié)議，通過這一協(xié)議，上位機(jī)Wincc可以讀取電機(jī)各相電流、報警類型、故障類型等。我們壓風(fēng)車間高壓開關(guān)柜上的DMR301數(shù)字式多功能繼電器，可以通過MODBUS協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)通過此繼電器可以獲得開關(guān)柜電壓、電流、電度、報警類型、故障類型等信息。壓風(fēng)車間的勵磁柜、直流屏、以及變壓器上數(shù)顯溫度表也具有通訊功能，通過MODBUS協(xié)議，與上位機(jī)Wincc進(jìn)行通訊，Wincc可以把勵磁柜、直流屏以及變壓器上數(shù)據(jù)采集上來，提供給壓風(fēng)機(jī)司機(jī)看，從而達(dá)到監(jiān)控這些設(shè)備的目的。總之，利用總線技術(shù)，DCS系統(tǒng)可以形成一個大網(wǎng)絡(luò)，通過這個大網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)中的Wincc可以監(jiān)控整個壓風(fēng)車間所有設(shè)備，獲得這些設(shè)備的信息，從而保證壓風(fēng)車間設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。另外，壓風(fēng)車間的系統(tǒng)還可以向外拓展，與全礦的管理信息網(wǎng)聯(lián)在一塊，從全礦的每臺計算機(jī)上都可以監(jiān)控到壓風(fēng)車間的運行情況，我們也可以在我們礦調(diào)度室進(jìn)行集中控制壓風(fēng)機(jī)的起動和停止，實現(xiàn)壓風(fēng)車間的無人化車間。我們還可以把此系統(tǒng)拓展到整個Internet網(wǎng)，從*各個角落都可以看到我們礦壓風(fēng)車間的運行情況。
本文主要介紹以西門子S7-300PLC、WINCC V6為結(jié)構(gòu)的DCS系統(tǒng)在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的應(yīng)用，通過對系統(tǒng)硬件設(shè)計方法和程序設(shè)計思想的介紹,使讀者了解DCS系統(tǒng)是如何實現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的自動控制的。
關(guān)鍵詞:
DCS系統(tǒng)，PLC,壓風(fēng)機(jī)，HMI/SCADA軟件系統(tǒng)
一、 概述
DCS系統(tǒng),英文名稱為DISTRIBUTOR CONTROL SYSTEM,它是目前自動控制行業(yè)主流系統(tǒng),它廣泛應(yīng)用在化工廠、電廠、變電所、煉油廠、煤礦等自動控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、集中控制和自動控制等功能。現(xiàn)在，各大電氣公司紛紛推出自己的DCS產(chǎn)品,西門子公司的S7-300PLC和WINCC v6構(gòu)成的DCS系統(tǒng)，是比較有名氣自動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在我們淮南礦業(yè)集團(tuán)已有多套應(yīng)用在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間。此系統(tǒng)應(yīng)用在壓風(fēng)車間后，改變了以往壓風(fēng)車間分散儀表控制,簡化了控制線路,提高了壓風(fēng)車間的穩(wěn)定性,而且使得壓風(fēng)車間控制的靈活性增加,使得壓風(fēng)車間有更加完善的控制。下面以我個人的實踐經(jīng)驗來介紹一下煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的DCS系統(tǒng)。
二、 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
一般DCS系統(tǒng)分為二大部分：上位機(jī)部分和下位機(jī)部分，西門子公司的DCS系統(tǒng)的上位機(jī)部分為WINCC V6，下位機(jī)部分為S7-300PLC。上位機(jī)含有HMI/SCADA軟件系統(tǒng)WINCC V6,它是一種組態(tài)軟件，它的英文名稱為Windows Control Center（視窗控制中心），它不僅具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，而且具有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。下位機(jī)分為CPU部分和模塊部分，S7-300PLC的CPU模塊含有電源，它zui大的優(yōu)點是含有I/O模塊，另外它還帶有三種模塊，分別為模擬量輸入模塊（AI模塊）、開關(guān)量輸入模塊（DI模塊）、開關(guān)量輸出模塊（DO模塊），這三種模塊通過底部總線與CPU模塊進(jìn)行通訊，把采集來的壓風(fēng)機(jī)的模擬量信號、開關(guān)量信號送入CPU，一般一個CPU帶8個模塊，每個模塊的每個通道,CPU都通過的軟件分配有地址,這些地址為CPU內(nèi)寄存器地址,例如DI模塊分配地址為I12.0--I12.7,DO模塊分配地址為O124.0—O124.7。
三、DSC系統(tǒng)具體控制原理
DCS系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歷史記錄、報警記錄、報表系統(tǒng)，下位機(jī)系統(tǒng)主要為PLC的軟件編程。
（一）上位機(jī)軟件控制原理
數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能是Wincc V6zui基本的功能，它把壓風(fēng)車間所有設(shè)備的運行數(shù)據(jù)采集上來，供給壓風(fēng)司機(jī)監(jiān)控。以壓風(fēng)機(jī)的溫度顯示為例，說明DCS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的過程， 壓風(fēng)機(jī)溫度測量是采用Pt100熱電阻，此熱電阻采集來的溫度信號通過三芯屏蔽傳輸?shù)絇LC的AI模塊的一個通道，AI模塊把此溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過底板總線傳到CPU模塊，CPU接到此信號后，把此信號存入到一個相應(yīng)的寄存器中，然后通過Profibus協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)中的Wincc V6采集到這一地址寄存器中的數(shù)據(jù)后，通過一定的轉(zhuǎn)換在上位機(jī)的界面中顯示出來，使壓風(fēng)司機(jī)看到這一溫度值。
壓力、流量、電壓、電流、電機(jī)開停狀態(tài)數(shù)據(jù)都是通過此過程把數(shù)據(jù)采集上來的。
數(shù)據(jù)歷史記錄是把設(shè)備運行數(shù)據(jù)記錄下來，以供以后查詢用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以記錄設(shè)備當(dāng)時的運行數(shù)據(jù)，以方便對設(shè)備的故障分析。報警記錄是指設(shè)備運行數(shù)據(jù)出現(xiàn)報警值時，把報警值記錄下來，以方便對系統(tǒng)的故障分析，另外還可以提醒運行人員及時排除故障，以防事故的擴(kuò)大。報表功能是可以按時打印運行數(shù)據(jù)，不需人工抄運行數(shù)據(jù)，這大大提高了運行效率。
（二）下位機(jī)控制原理
下位機(jī)的PLC的編程，為壓風(fēng)機(jī)集控和自動控制的核心?，F(xiàn)以壓風(fēng)機(jī)的二級排氣壓力自動調(diào)節(jié)為例，說明壓風(fēng)機(jī)的自動調(diào)節(jié)過程。智能壓力變送器把壓風(fēng)機(jī)二級排氣壓力信號轉(zhuǎn)換成4—20mA電流信號，然后通過屏蔽電纜把此信號傳輸?shù)絇LC的AI模塊，AI模塊把此信號傳輸?shù)紺PU模塊，CPU接到此信號后，把此信號通過PLC的梯形圖，與相應(yīng)的卸荷值和增荷值進(jìn)行比較，當(dāng)測量值大于卸荷值時，PLC會輸出一個量，通過DO模塊來控制相應(yīng)的卸荷電磁閥動作，使壓風(fēng)機(jī)卸荷，從而二級排氣壓力下降；當(dāng)測量值小于增荷值時，PLC會輸出一個量，通過DO模塊來控制相應(yīng)增荷電磁閥動作，使壓風(fēng)機(jī)增荷，從而二級排氣壓力上升。這一系列的過程都不需人干預(yù)，*是自動化。
集中控制是指我們可以在上位機(jī)集中控制高低壓開關(guān)柜合分，水泵的起停以及壓風(fēng)機(jī)的起停。水泵自動控制一般為水泵的聯(lián)鎖控制，打入聯(lián)鎖的情況下，當(dāng)一臺水泵故障停止后，另外一臺水泵會自動起來，保證壓風(fēng)機(jī)不會因為水泵的停止而跳機(jī)。
三、 DCS系統(tǒng)的擴(kuò)展
DCS系統(tǒng)通過PLC的I/O模塊來采集數(shù)據(jù)，另外通過總路線技術(shù)，還可以與壓風(fēng)車間的數(shù)顯儀表進(jìn)行通訊，監(jiān)控這些數(shù)顯儀表。我們壓風(fēng)車間水泵電機(jī)綜保采用的是MPC數(shù)字式電機(jī)綜合保護(hù)器，具有MODBUS通訊協(xié)議，通過這一協(xié)議，上位機(jī)Wincc可以讀取電機(jī)各相電流、報警類型、故障類型等。我們壓風(fēng)車間高壓開關(guān)柜上的DMR301數(shù)字式多功能繼電器，可以通過MODBUS協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)通過此繼電器可以獲得開關(guān)柜電壓、電流、電度、報警類型、故障類型等信息。壓風(fēng)車間的勵磁柜、直流屏、以及變壓器上數(shù)顯溫度表也具有通訊功能，通過MODBUS協(xié)議，與上位機(jī)Wincc進(jìn)行通訊，Wincc可以把勵磁柜、直流屏以及變壓器上數(shù)據(jù)采集上來，提供給壓風(fēng)機(jī)司機(jī)看，從而達(dá)到監(jiān)控這些設(shè)備的目的。總之，利用總線技術(shù)，DCS系統(tǒng)可以形成一個大網(wǎng)絡(luò)，通過這個大網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)中的Wincc可以監(jiān)控整個壓風(fēng)車間所有設(shè)備，獲得這些設(shè)備的信息，從而保證壓風(fēng)車間設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。另外，壓風(fēng)車間的系統(tǒng)還可以向外拓展，與全礦的管理信息網(wǎng)聯(lián)在一塊，從全礦的每臺計算機(jī)上都可以監(jiān)控到壓風(fēng)車間的運行情況，我們也可以在我們礦調(diào)度室進(jìn)行集中控制壓風(fēng)機(jī)的起動和停止，實現(xiàn)壓風(fēng)車間的無人化車間。我們還可以把此系統(tǒng)拓展到整個Internet網(wǎng)，從*各個角落都可以看到我們礦壓風(fēng)車間的運行情況。
壓風(fēng)車間采用DCS系統(tǒng)后，提高了壓風(fēng)車間的自動化程度，基本上可以達(dá)到無人化車間，極大的提高了壓風(fēng)車間的運行效率，為煤礦創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
作者簡介：劉良,男, 1974年出生,畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院電氣自動化專業(yè),工程師,現(xiàn)工作在淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦機(jī)電部
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