摘要：介紹了信鋼燒結自動配料在基于PROFIBUS—DP現場總線控制下進行的擴容改造，充分利用了現場總線的開放性。改造后的控制系統更規范、合理，自動化程度大幅度提升，極大提高了燒結礦質量和生產效率。
關鍵詞：PROFIBUS—DP 現場總線 變頻器 配比

前言

燒結配料是燒結生產的核心，也是整個鋼鐵生產工序的重要環節，對各種物料進行合理的配比，是提高燒結礦品位的關鍵。信鋼燒結機原配料車間采用基于PROFIBUS—DP現場總線的分布式過程控制系統，實現微機自動配料。PROFIBUS現場總線是應用于生產現場，連接智能現場設備和自動化系統的開放式、數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，它可以實現設備之間的快速通信。

由于技改項目的原因，新建一臺90fl2燒結機也要使用此配料車間，這樣，負荷加大，從室外原料倉、拖料皮帶秤到室內的變頻器、控制系統均不能滿足要求，于是在基于現場總線控制的基礎上對其進行擴容改造、升級，建立高性能的自動配料系統。

1 組成原理

配料車間現有9條拖料電子皮帶秤(1撐一9撐)，1撐、3撐、7撐、8撐、9撐的旋轉電動機額定功率為2．2kW，額定電流為5．0A，2撐、4撐、5撐、6撐的電動機額定功率為3．0kW，額定電流為6．8A，電動機帶動稱量皮帶轉動，料層均勻，電動機轉動速度越快，料流量越大，所占配比越高，反之，電動機轉動速度越慢，料流量越小，所占配比越低。每臺電動機由一臺變頻器驅動，而變頻器的頻率通過PROFIBUS—DP現場總線由PLC來控制，PLC根據自動采集的每種物料的荷重、瞬時流量，計算每種物料的實際流量，與設定值相比較，完成閉環調節。系統原理如圖1所示。

根據現場經驗電子皮帶秤只保留稱重一次儀表，取消二次儀表，由PLC進行換算；取消測速傳感器，由變頻調速頻率換算。稱重電阻橋信號經隔離、放大、線性化處理后輸入PLC模板。本次擴容改造增加了2撐、3撐、9撐成套電子皮帶秤及變頻器。其中9撐為雙向轉動，雙向計量，雙向變頻調速，雙向控制。

2 系統構成

本套控制系統采用分布式結構，由設備控制級和過程監控級組成。選用性價比高的SIEMENS PLC作為主控制站，通過PROFIBUS—DP現場總線與分布的現場設備連成系統，過程監控操作站采用組態軟件對系統進行實時監控，其系統構成如圖2所示。

設備控制級包括主控制站、1撐一9撐電子皮帶秤變頻器、嘲站。其中嘲站、2撐、3撐、9撐變頻器為這次改造所增加。根據工藝需要，主控制站數字量輸入模板選用16路AC220V，32路DC24V兩種類型，數字量輸出模板選用32路DC24V；低壓電器設備選用性能可靠的OMRON繼電器；7臺變頻器采用SIEMENS公司的MMV 440，配置PROFIBUS— DP接口板選件。包括主控制站在內的所有PLC及變頻器直接與現場的各類裝置(如傳感器、電動機、電氣裝置等)相連，實現9條拖料皮帶稱的模擬信號檢測及電動機的變頻控制，E'IP．00站實現對擴容后的兩條勻煤和外滾煤滾筒的電氣控制、2撐、3撐、9撐皮帶秤實物流量控制，特別是9撐皮帶秤的雙向計量與雙向變頻控制，另外，還實現了多條共用皮帶和高壓電機的啟停、聯鎖等信號的采集和控制。

過程控制級(即過程監控操作站)因以前的設備速度慢，不能滿足控制后的快速通訊要求，故這次改造進行了整套設備升級，由一臺P4研華工控機組成，研華工控制機通過C_$5611通訊卡與CPU315的MPI接口進行點到點的通訊。考慮可靠性與人機界面的友好性，工控機采用Windows 2OOO軟件平臺，上位機采用Fameview組態軟件，負責監控和人機對話，具有工藝流程監控、報警記錄、實時趨勢、歷史趨勢、報表打印等功能，操作人員通過監控操作輸入配料配方、修改配方、查閱工藝參數、監控生產過程。編程應用軟件采用STEP V5．2，完成硬件組態及下位機軟件編程，實現所有的過程控制、數據采集、自動調節、事故處理及報警等工作。

3 軟件實現

由于原設計軟件不夠規范，有時外圍設備更換時，型號參數不便輸入，并且這次擴容改造時軟件改動量比較大，所以將下位機監控軟件全套重新進行開發，內部參數、變量統一，接口清晰，設計的軟件規范、開放，易于整個系統的擴充及功能升級。

本套軟件設計的重點是拖料皮帶稱的控制，即根據秤重傳感器的瞬時重量、測量段、皮帶轉速(與電動機轉速成比例關系)、重力系數等參數計算出瞬時流量P、r，與監控站設定流量SP相比較，利用SIEMENS編程軟件STEF7自帶的PID算法模塊(FB41)運算，計算出電動機轉速(即變頻器輸出頻率值，范圍0 50Hz)，實時跟蹤，進行閉環調節。每臺皮帶秤開始啟動并進入調節時，變頻器瞬時值均從最大值50Hz開始變化，直至滿足流量設定。在運行的過程中，有時要改變設定流量SP值、某條皮帶秤的零點、系數，那么需要重新計算、調節。流量調節軟件流程如圖3所示。

4 系統特點

基于PROFIBUs_-DP現場總線通訊網絡的燒結配料系統擴容改造后，控制系統功能完備，實現了若干條皮帶、皮帶秤電機、滾筒的起、停、聯鎖保護、稱量及調節的自動控制。系統主要有以下功能：

1)具有手動和自動兩種工作方式。手動時，每條皮帶、皮帶秤由操作員根據工藝要求來啟、停、加速、減速，也可電氣聯鎖。自動時系統上位機根據總流量、每種物料配比發送給定值，自動啟動、加速、減速皮帶秤電機，所有皮帶、滾筒開、停均由邏輯聯鎖控制實現。

2)當配比改變時，內部PID調節器運行，變頻器頻率乎穩改變，調速平滑。

3)取消皮帶秤儀表和測速傳感器，測重傳感器的mV信號經處理后直接進入PLC，具有信號校零、自動校皮、自動調整系統的功能。

4)PROFIBUS—DP現場總線具有高速通訊能力，能快速將現場數據采集并傳送，做到信號的不遲滯、不失真，并具有強大的擴展能力。

5)為防止翻料，集料主皮帶停機的同時，立即停止所有皮帶秤電機；集料主皮帶正常開機時，按照配料制度，自動依次延時開啟上次運行(選中)的所有料倉。

6)具有消耗料累計，設備動作全部動畫顯示逼真，所有設備之間都有可靠聯鎖，安全性高，操作簡單方便。

本套控制系統具有開放性、規范性、互連性、互操作性及豐富的硬件和軟件資源，使監控操作站既可作監控站用，顯示監視畫面，又可作工程師站，隨時調出梯形邏輯圖，調試程序、查找故障，方便而快捷。