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０引言
某礦業(yè)洗煤廠隸屬于某礦業(yè)集團(tuán)公司，是２０世紀(jì)５０年代設(shè)計(jì)建設(shè)的國有大型中央洗煤廠，年入洗能力為５００萬ｔ，配煤能力為５００萬ｔ。
配煤控制系統(tǒng)是該洗煤廠的重要組成部分，是由ＰＬＣ控制的由儲煤、配煤和輸煤３個部分組成的自動控制系統(tǒng)［１］，主要包括２４臺稱重控制器及２４臺給煤機(jī)、變頻器控制柜、工控機(jī)、Ｓ７－４００控制器。Ｓ７－４００控制器安裝在控 制中心，工控機(jī)放置在配煤監(jiān)控中心，Ｓ７－４００控制器與工程機(jī)之間采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)通信。配煤現(xiàn)場與控制中心距離為５０～５００ｍ，現(xiàn)場的稱重控制器流量信號與變頻器控制信號都從現(xiàn)場傳輸至Ｓ７－４００控制器的模擬量模塊和開關(guān)量模塊，現(xiàn)場所有設(shè)備的電源都是由控制中心引出。
系統(tǒng)主要存在以下問題：
（１）稱重控制器測量的瞬時流量采用模擬量信號上傳，誤差較大；其次配煤現(xiàn)場線路較長，強(qiáng)弱電線路沒有分開鋪設(shè)，上傳數(shù)據(jù)易受到干擾，系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響配煤質(zhì)量；再者使用模擬信號只能上傳瞬時流量，不能上傳累計(jì)流量，使用原系統(tǒng)計(jì)算出的累計(jì)量存在較大的誤差；另外稱重控制器運(yùn)行一段時間后，會出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致瞬時流量出現(xiàn)負(fù)值，但模擬量不能上傳負(fù)瞬時流量值，維護(hù)人員不能及時獲得稱重控制器的運(yùn)行狀態(tài)，影響配煤總量的計(jì)量。
（２）配煤系統(tǒng)變頻器的控制信號（啟、停信號、復(fù)位信號）使用變頻器數(shù)字Ｉ／Ｏ接口加繼電器方式控制，變頻器的設(shè)定量與狀態(tài)量（電流、頻率、轉(zhuǎn)速）使用變頻器外部模擬Ｉ／Ｏ接口傳輸。配煤現(xiàn)場線路較長，強(qiáng)弱電線路沒有分開鋪設(shè)，變頻器控制信號易受到干擾，影響控制效果（如給煤機(jī)或膠帶出現(xiàn)不能集控停車的情況），繼而影響配煤質(zhì)量；系統(tǒng)中部分變頻器不能調(diào)節(jié)到最大頻率，不能保證生產(chǎn)任務(wù)；變頻器故障信息不能反饋至監(jiān)控中心，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后，維護(hù)人員只能到現(xiàn)場才能獲得變頻器的故障信息，并且使用Ｉ／Ｏ端口進(jìn)行控制和信息的傳輸，使用了大量電纜，維護(hù)難度較大。
（３）配煤現(xiàn)場與主控室距離較遠(yuǎn)，線路較長，數(shù)量較多，強(qiáng)弱電線路使用同一電纜橋，未分開敷設(shè)，電磁干擾較為嚴(yán)重，影響配煤過程系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對原配煤控制系統(tǒng)存在的問題，本文提出了基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ現(xiàn)場總線的配煤控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案。使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ總線進(jìn)行控制和通信不但可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還可以提高系統(tǒng)的性價(jià)比，使原來的幾百根控制電纜減少到一根總線電纜，不但降低了系統(tǒng)故障點(diǎn)數(shù)量，而且提高了系統(tǒng)維護(hù)的時效性。
１配煤控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
１．１配煤控制系統(tǒng)改造總體方案
基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ的配煤控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖１所示，原有控制室的控制站、控制網(wǎng)絡(luò)保持不變，對配煤控制系統(tǒng)的變頻器通信和稱重控制器數(shù)據(jù)上傳部分進(jìn)行改造［２］。

系統(tǒng)改造完成后，配煤控制系統(tǒng)的變頻器與控制室、稱重控制器與控制室之間的數(shù)據(jù)信號全部經(jīng)由光纖傳輸，不再受干擾。
１．２稱重控制器數(shù)據(jù)上傳部分的改造
稱重控制器數(shù)據(jù)上傳部分的改造的共分為３個部分：增加稱重控制器數(shù)字通信模塊；增加協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)；通信鏈路改造［３］。
（１）增加稱重控制器數(shù)字通信模塊。原系統(tǒng)采用模擬量傳輸稱重控制器數(shù)據(jù)，稱重控制器沒有數(shù)字通信能力，要實(shí)現(xiàn)稱重控制器數(shù)據(jù)使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要為其擴(kuò)展一個數(shù)字通信接口。在參考稱重控制器廠家提供的簡易數(shù)字通信卡的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有光電隔離、防靜電、防雷擊等功能的專用數(shù)字通信模塊，將此模塊插在稱重控制器對應(yīng)的數(shù)字插槽中，即為稱重控制器擴(kuò)展了一個ＲＳ４８５數(shù)字通信接口，使用相應(yīng)的通信協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)與稱重控制器的通信。
（２）增加協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。稱重控制器數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為特殊的單主從通信協(xié)議，與配煤控制系統(tǒng)的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信協(xié)議不同，因此，需要為稱重控制器數(shù)據(jù)上傳部分增加協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)既可以讀取稱重控制器數(shù)據(jù)，又可以與控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對接。為了保證數(shù)據(jù)傳輸速度和系統(tǒng)可靠性，每４臺稱重控制器使用１臺協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的核心控制器選用西門子Ｓ７－２００，Ｓ７－２００自帶一個ＲＳ４８５通信接口，使用相應(yīng)的通信協(xié)議即可通過該接口獲取稱重控制器數(shù)據(jù)（如瞬時流量、累計(jì)流量等）。為Ｓ７－２００擴(kuò)展一個ＥＭ２７７模塊，該模塊為Ｓ７－２００提供一個Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線接口，使得協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)作為一個從站直接接入配煤控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)配煤控制系統(tǒng)主站ＰＬＣ和稱重控制器的數(shù)字通信。
（３）通信鏈路改造。協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)與主站ＰＬＣ之間使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線連接。但是由于協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)與主站ＰＬＣ二者之間距離較遠(yuǎn)，且強(qiáng)弱電信號未分開敷設(shè)，為消除信號傳輸過程的干擾，系統(tǒng)方案將此通信鏈路改造為光纖傳輸。
１．３變頻器通信部分改造
配煤控制系統(tǒng)變頻器通信部分改造內(nèi)容主要包括：變頻器通信改造；通信鏈路改造［４］。
（１）變頻器通信改造。原配煤控制系統(tǒng)使用的變頻器是ＡＣＳ－８００系列變頻器。為每臺變頻器擴(kuò)展一塊支持Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ協(xié)議的專用適配器模塊ＲＰＢＡ－０１，變頻器即能以從站的形式加入到配煤控制網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)變頻器的總線控制與狀態(tài)返回，通過總線方式還可以獲取變頻器的故
障信息，增加了變頻器的遠(yuǎn)程維護(hù)功能。
（２）通信鏈路改造。為配煤控制系統(tǒng)的每臺變頻器鋪設(shè)１路光纖通信鏈路，這些鏈路改造與稱重控制器數(shù)據(jù)上傳改造部分基本相同，區(qū)別在于變頻器通信鏈路不需要協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。
２硬件組態(tài)配置及相關(guān)參數(shù)設(shè)置
２．１硬件組態(tài)配置
１）使用Ｓｔｅｐ７Ｖ５．４組態(tài)軟件，進(jìn)入ＨａｒｄｗａｒｅＣｏｎｆｉｇｕｒｅ，將ＲＰＢＡ－０１和ＥＭ２７７模塊的ＧＳＤ（設(shè)備數(shù)據(jù)庫）文件導(dǎo)入Ｓｔｅｐ７的編程環(huán)境中。點(diǎn)擊ｏｐｔｉｏｎｓ－ｉｎｓｔａｌｌＧＳＤｆｉｌｅ將ＡＢＢ變頻器和ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件導(dǎo)入Ｓｔｅｐ７中，如圖２所示。ＧＳＤ文件可以從ｗｗｗ．ｐｒｏｆｉｂｕｓ．ｃｏｍ或從ＡＢＢ與ＳＩＥＭＥＮＳ網(wǎng)站下載，ＲＰＢＡ－０１的ＧＳＤ文件名為ＡＢＢ＿０８１２．ＧＳＤ，ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件名為ＳＩＥＭ０８９Ｄ．ＧＳＤ。

（２）本系統(tǒng)選用ＣＰＵ４１４－４Ｈ為主站，默認(rèn)地址為２。將ＡＢＢ變頻器的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ模塊ＥＭ２７７組態(tài)到主站的ＤＰ網(wǎng)絡(luò)上，本系統(tǒng)ＲＰＢＡ－０１模塊使用的消息類型為ＰＰＯ４［５］，ＥＭ２７７模塊通信方式選擇６４ＢｙｔｅｓＯｕｔ／６４ＢｙｔｅｓＩｎ，根據(jù)設(shè)計(jì)完成各從站的地址設(shè)置和緩沖區(qū)映射。配煤控制系統(tǒng)硬件組態(tài)完成如圖３所示。
２．２稱重控制器數(shù)據(jù)上傳部分硬件參數(shù)設(shè)置
由于系統(tǒng)中每臺協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)同時與４臺稱重控制器進(jìn)行通信，因此，４臺稱重控制器需要設(shè)置不同的通信地址，以保證協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)可以穩(wěn)定讀取每臺稱重控制器的配煤數(shù)據(jù)。
將硬件組態(tài)下載到ＣＰＵ４１４－４Ｈ主站系統(tǒng)后，連接好ＥＭ２７７與主站的通信電纜，需要根據(jù)硬件組態(tài)對ＥＭ２７７模塊進(jìn)行地址設(shè)置，以保證稱重控制器數(shù)據(jù)正確穩(wěn)定的上傳。

２．３變頻器硬件參數(shù)設(shè)置
完成變頻器Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１的安裝后，首先需要根據(jù)硬件組態(tài)對ＲＰＢＡ－０１模塊進(jìn)行地址設(shè)置，其次還需要設(shè)置變頻器的通信參數(shù)。首先需要設(shè)置參數(shù)組９８．０２為ＦＩＬＥＤＢＵＳ，激活ＲＰＢＡ－０１通信卡模塊；其次需要設(shè)置參數(shù)組９８．０７為ＡＢＢＤＲＩＶＥ，選擇通信卡使用ＡＢＢ專用通信協(xié)議；第三需要設(shè)置變頻器啟停信號源、ＲＥＦ信號源以及５１．０５～５１．１２通信卡相關(guān)參數(shù)組；最后需要對９２．０２～９２．０６實(shí)際信號參數(shù)組進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，以保證變頻器運(yùn)行時參數(shù)的正確返回［６］。
為了保持系統(tǒng)原有的現(xiàn)場操作功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性，本方案利用變頻器的２個用戶宏存儲了２組不同的參數(shù)設(shè)定值，即集控參數(shù)與就地參數(shù)。集控參數(shù)組使用ＲＰＢＡ－０１模塊實(shí)現(xiàn)變頻器的控制與狀態(tài)返回；就地參數(shù)組使用變頻器外部Ｉ／Ｏ接口實(shí)現(xiàn)變頻器的控制，使用ＲＰＢＡ－０１模塊實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信號的返回。２種控制方式的轉(zhuǎn)換只能通過現(xiàn)場的轉(zhuǎn)換開關(guān)或變頻器控制盤實(shí)現(xiàn)。
３結(jié)語
實(shí)際應(yīng)用表明，改造后的配煤控制系統(tǒng)，控制與顯示的數(shù)字瞬時流量數(shù)據(jù)與現(xiàn)場稱重控制器屏顯瞬時流量完全一致，消除了控制與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的誤差，監(jiān)控中心能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場的配煤情況，控制過程更加穩(wěn)定，提高了配煤質(zhì)量；稱重控制器累計(jì)量的返回為數(shù)據(jù)報(bào)表系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)參考，提高了數(shù)據(jù)報(bào)表能力；負(fù)瞬時流量的返回，使得稱重控制器維護(hù)人員及時獲得故障信息，提高了稱重控制器維護(hù)的時效性。
變頻器實(shí)現(xiàn)了完全集控控制，不再出現(xiàn)集控不能停車的情況，提高了系統(tǒng)可靠性；變頻器的頻率都能調(diào)節(jié)至最大值，保證了生產(chǎn)任務(wù)，提高了生產(chǎn)效率。
采用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與控制后，提高了稱重控制器數(shù)據(jù)上傳與變頻器控制的可靠性，配煤質(zhì)量得到保證；控制系統(tǒng)中的線路數(shù)量減少后，減少了系統(tǒng)中的故障點(diǎn)數(shù)量，提高了可靠性，同時系統(tǒng)的可維護(hù)性與故障解決的時效性也得到提高，提高了配煤控制系統(tǒng)的效率。
 

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