作者：温文 孔令民 曹艳德 金建
摘要:本文介绍了煤泥泵送的工业自动化控制系统,给出了系统的原理设计、硬件组成、软件组成以及系统通信的实现。通过西门子组态软件simatic wincc组成上位机自动化监控系统,从而能够对各个设备的运行情况进行监视,同时把各种数据参数进行实时显示,并对整个系统实施远程控制。通过西门子编程软件step7来实现plc的各种逻辑控制功能和各种设备的软件保护。
关键词:wincc;plc;自动化;监控系统
一、系统概述
近年来,煤泥泵送作为一种煤泥输送形式以其输送过程全封闭、无污染、输送物料浓度高、输送距离远,完全满足坑口电厂对煤泥输送的要求等特点,越来越多的被中小型电厂采用。
某电厂采用煤泥泵送系统由两条刮板机、一台匀料机、一台破碎机、一台振动筛、三台搅拌机和三台煤泥泵组成。具体工艺流程是:由装载机将煤泥送入刮板机经匀料机、破碎机、振动筛等设备到达煤泥搅拌仓,通过变频器控制的煤泥泵经煤泥输送管道直接送入锅炉内部。整个流程采用集散控制方式,在控制室对整个工况进行监控,完成煤泥制备,由锅炉dcs通过变频器控制煤泥泵,达到对锅炉给料量的控制。在对电机电流等需要监控的模拟量,采用软件设置报警保护等。
二、软、硬件配置
控制系统硬件为西门子公司的s7-300系列plc;控制系统软件为step7 v5.3 plc编程软件和wincc v6.0系统监控软件。
1.控制系统硬件配置
cpu 315-2dp:具有中、大规模的程序存储容量和数据结构,如果需要,可以供simatic功能工具使用;对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力;profibus dp 主站/从站接口;可用于大规模的i/o配置;可用于建立分布式i/o结构。
sm321数字量输入模块:数字量输入;用于连接标准开关和2线制接近开关 (bero)。
sm322数字量输入模块:数字量输出;用于连接继电器、电磁阀、接触器、小功率电机、灯和电机启动器。
sm331数字量输入模块:模拟量输入;用于连接电压和电流传感器、热电偶、电阻和热电阻。
sm332数字量输入模块:模拟量输出;用于连接模拟量执行器。
2.控制系统软件配置
自动化控制系统软件采用西门子公司的plc 控制器采用step 7 v5.3, hmi(人机界面)监控系统采用wincc v6.0 版本。hmi服务器和操作站都是采用windows xp 操作系统,具有开放的编程环境。wincc v6.0中sybase sql anywhere 数据库运行于服务器上,存储在实时数据库中的数据,可以通过多台hmi client 实现数据实时交换。作为client/server 结构,hmi上监控的数据全部通过服务器提交查询、修改等指令,通过网线或光纤以太网再传送至plc,完成对现场设备的在线监控与操作。wincc作为 hmi软件系统,它将工厂控制软件真正集成进自动化过程中;用户友好组件允许新的或已存在的应用程序的无错误集成;一个过程可视化应用程序能够使用户方便地观察自动控制过程的全部特征。wincc 将windows应用程序的体系结构和便于使用的图形设计程序结合起来。wincc 包括用于解决过程监控和控制任务的所有元素。
三、调试体会
通过亲身经历,我们认为西门子s7-300系列plc和wincc v6.0系统监控软件确实是新一代自动化平台上的硬件和软件产品;软件的使用可以大大地减少开发项目的时间,硬件的使用可以大大地提高系统处理的速度,基于开发平台和协同工具,这使得设计、制造、维护的自动化水平达到一定的高度,从而大大提高了生产效率。下面是我在实践过程中的一些体会:
1.具有超强的处理能力、超大存储空间,并提供全面开放的通讯解决方案,如profibus-dp、以太网等,在实现多种网络通信的同时,最大限度节约了成本。其中,我们在控制器侧使用的mpi通信端口与上位机侧安装的cp5611卡完成通信连接和数据传输,采用mpi通信不需要step 7软件组态,也不需要编写任何程序,只须在wincc v6.0系统监控软件上设置一下相关通信参数即可。
2.监控软件界面友好、操作简洁、使用方便。通过wincc v6.0系统监控软件可以编写多任务;可以通过多种调试语言形式编写程序(不同调试语言可以在同一程序中混用);在不需要其它辅助软件的情况下,提供模拟通讯功能以测试程序;可以编制内部画面,并能模拟监控程序;提供多种诊断功能等。这些功能使我们在调试、维护过程中极大程度地提高了效率。同时这些软件功能同其它软件相比也具有领先性。
3.为了使基于wincc v6.0系统监控软件平台的控制系统能够在高速的情况下稳定运行,在选型中尽量选用西门子公司的产品或其授权设备,不宜选用没有经过西门子公司授权的第三方产品。
4.充分利用软件自带的检测工具可以及时检测上位机与控制器之间的通信情况,方便系统调试。对带有通信端口的控制设备需要注意配置的gsd文件、从站地址、传输数据类型、数量等必须和控制器的一致。
5.可以对组态画面中的按钮设置权限。这是一个非常实用的操作功能,在很多情况下,一些按钮(例如连锁、复位和画面切换等)不能由操作人员操作,而是由相关的车间管理人员操作,此时,wincc可以给这个按钮设置登陆用户名和口令,非常方便用户的各种要求。在这个项目中,我给紧停的复位按钮设置是权限,设备一旦紧停,只有有权限的用户才可以复位,否则,相关设备不能启动,有利于整个系统的安全。
6.该控制系统系统由电厂dcs系统发出的ao(模拟量输出)信号传输到plc的ai(模拟量输入)模块来控制煤泥泵的变频器,实现锅炉dcs系统和输煤plc系统双重控制的目的。具体是在wincc v6.0系统监控画面上增加相应的切换开关,可分别切换为“plc控制”和“dcs控制”,并且变频器的相关参数反馈到电厂dcs系统的控制画面。采用这种控制方式的优点是:避免了plc系统与电厂dcs系统的直接通信连接,省去了通信接口的开发费用,实践证明这种控制方式是稳定可靠的。
四、结束语
在煤泥泵送项目的实施过程中,我发现西门子公司推出并推出的wincc v6.0系统监控软件和s7-300plc具有高可靠性、高稳定性、以及灵活的可扩展功能、强大透明和对复杂环境及处理要求的适应性,为少人值守管理模式,提供了良好的技术支持。通过煤泥泵送项目的自动控制系统项目的实施,我认为,西门子公司的wincc v6.0和s7-300plc系列产品以其卓越的品质和性能提供一个完整的、全面的解决方案,即构造一个基于技术支撑的,由软、硬件组成的系统。从底层的传感器到控制层的plc和作为工厂神经中枢的控制网络及现场总线系统,以及辅助操作员进行数据采集、处理和分析的软件与终端,可以充分满足各种自动化领域用户对系统数据采集、组态和控制的需求。
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