现场总线在球磨机自动控制系统中的应用

张明哲　杨国韬　周威

摘 要：本文提出了一种现场总线在球磨机自动控制系统中应用的方法。该方法采用PROFIBUS现场总线技术，通过PLC与DCS通信，对球磨机工作时的模拟量与数字量信号进行远程实时采集与监控，实现了球磨机的自动化控制。结果表明：该方法稳定性高、实用性强，具有广阔的应用前景。

关键词：现场总线；PLC；自动控制；球磨机

中图分类号：TP29 文獻标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）05-0036-02

Application of Fieldbus on Ball Mill Automation Control System

ZHANG Mingzhe YANG Guotao ZHOU Wei

（Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471039）

Abstract： A method of application of field bus in automatic control system of ball mill was presented in this paper. The method adopted PROFIBUS fieldbus technology， through PLC and DCS communication， to collect and monitor the analog and digital signals of ball mill in real time， and realized the automatic control of ball mill. The results showed that the method had high stability and practicability， and had a broad application prospect.

Keywords： field bus；PLC；automation control；ball mill

1 研究背景

球磨机是物料破碎之后再进行粉碎的关键设备，可对各种矿石或其他可磨性物料进行干式或湿式粉磨[1]。球磨机是一个机械、电气、液压综合系统，其中电气系统工作的可靠程度将直接影响整个设备的正常工作，任何故障都会带来经济方面的损失，所以球磨机的自动化控制至关重要。

现场总线是随着计算机、控制、通信及模块化集成等技术发展而出现的工业控制系统，是用于现场仪表与控制系统和DCS之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点多站的通信网络，是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备进行互连的实时网络控制系统。

本文所做球磨机自动化控制系统设计基于山东信发铝电集团有限公司在某年产360万t氧化铝生产线上的6台Φ4.5m×8.5m球磨机，将现场总线技术应用于球磨机自动控制系统中，实现现场设备分布式数字控制和网络通信，为球磨机的自动化控制提供了解决方案。

2 现场总线

生产现场存在着大量来自不同厂商、遵从不同通信协议、组成各自控制系统并与特定应用软件通信的设备，因此需要一个开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，即现场总线。

PROFIBUS（Process Fieldbus）作为德国国家标准DIN9245、欧洲标准EN50170以及中国国家标准GB/T 20540—2006的现场总线，是指一组协议与应用规约的集合，其核心是在数据链路层上使用统一的基于Token Passing的主从轮询协议的通信协议，而在其下的物理层上和其上的应用层上则使用不同的应用规约。

PROFIBUS现场总线分为主站（Master）和从站（Slave），主站决定总线的数据通信，从站对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向其发送信息。

3 球磨机自动控制设计

3.1 系统硬件设计

球磨机电气控制系统配置为：PLC低压控制柜、球磨机就地操作箱、主轴承润滑站就地操作箱、减速机润滑站就地操作箱、慢驱控制箱、干油喷射控制柜及现场传感器。

球磨机工作模式可选择就地操作或DCS操作。就地操作时，通过各个就地操作箱上的按钮及PLC来控制润滑站的启停、主电机的启停。DCS操作时，通过DCS的PC控制润滑站的启停、主电机的启停。球磨机工作时的模拟量与数字量信号的采集监控、故障报警、联锁跳停等均通过PLC完成。

PLC站采用SIEMENS S7-300系列，包括CPU 315-2 DP通过现场总线进行两个PLC站间的通信；SM311模拟量输入模块用于采集油压、油流、温度、振动等特征信号；SM321数字量输入模块与SM322输出模块用于读取与发送状态信号和控制信号；CP 342-5通信处理器通过现场总线与DCS进行通讯；MP377-12 HMI用于实时显示各个模拟量数值及数字量的状态，通过MPI与CPU进行通信。

3.2 系统软件设计

本文PLC编程使用SIMATIC STEP7 V5.5，HMI组态使用WinCC flexible 2008 SP4。

首先对1#磨机的PLC站进行硬件及网络组态。组态DCS-PROFIBUS：CP 342-5工作模式：DP从站；起始地址：500；接口类型：PROFIBUS；命名：DCS；地址：10；传输率选：1.5Mbps；配置文件：DP。组态INTERNAL-PROFIBUS：CPU 315-2 DP工作模式：DP主站；起始地址：1023；接口类型：PROFIBUS；命名：INTERNAL；地址：2；传输率：1.5Mbps；配置文件：DP。CPU的MPI地址：2；传输率：187.5kbps。HMI的MPI地址：1；传输率：187.5kbps。

然后对2#磨机的PLC站进行硬件及网络组态。组态INTERNAL-PROFIBUS：CPU 315-2 DP工作模式：DP从站；起始地址：1023；接口类型：PROFIBUS；子网：INTERNAL；地址：3；传输率：1.5Mbps；配置文件：DP。根据实际所需模拟量与数字量个数，在组态对话框中，新建5个输出行和1个输入行。CPU的MPI地址：2；传输率：187.5kbps；HMI的MPI地址：1；传输率：187.5kbps。

3#磨机中，CP 342-5地址设置为11，5#磨机CP 342-5地址设置为12。4#磨机与6#磨机同2#磨机完全相同。

将配置完成的组态分别下载到6台磨机的PLC站中，然后进行软件编程。

对1#磨机，由于PLC站中有CP 342-5，因此需在OB1中调用FC1 DP_SEND与FC2 DP_RECV，部分通信程序如下：

CALL "DP_SEND"

CPLADDR：=W#16#1F4

SEND：=P#DB19.DBX0.0 BYTE 232

DONE：=M31.0

ERROR：=M31.1

STATUS：=MW60

其中，CPLADDR为起始地址，500转换为16进制后为1F4；SEND为数据地址区，即DB19中的第0个字节的第0位开始，长度为232个字节的数据；DONE、ERROR和STATUS表示数据传输的状态和成功与否。

CALL"DP_RECV"

CPLADDR：=W#16#1F4

RECV：=P#DB19.DBX236.0 BYTE 4

DONE：=M32.0

ERROR：=M32.1

STATUS：=MW68

DPSTATUS：=MB80

其中，CPLADDR為起始地址；RECV为接收的数据地址区，即DB19中的第236个字节的第0位开始，长度为4个字节的数据；DONE、ERROR、STATUS和DPSTATUS表示数据传输的状态和成功与否。

DB19为通过DCS-PROFIBUS与DCS进行通信的数据地址区，磨机的模拟量和数字量数据均存放于此。

以上完成了1#磨机通过DCS-PROFIBUS与DCS的通信。

对2#磨机，通过INTERNAL-PROFIBUS与1#磨机进行通信，将2#磨机的模拟量与数字量数据发送到1#磨机，并将接收到的1#磨机的数据存放于DB18中。

然后在1#磨机程序中，将从2#磨机发送过来的模拟量与数字量数据存放于DB19中，同时将DB19中的部分数据发送给2#磨机，部分通信程序如下：

L DB18.DBW0

T QW100

L IW100

T DB18.DBW4

L PIW492

T DB19.DBW224

L DB19.DBW238

T PQW256

以上完成了通过INTERNAL-PROFIBUS进行1#磨机与2#磨机间的通信。

3#磨机和5#磨机的程序同1#磨机类似，4#磨机和6#磨机的程序同2#磨机类似。

程序编写并分别下载到PLC站后，便完成了球磨机自动控制系统的软件设计，即可通过DCS对球磨机进行远程实时监控与操作。

参考文献：

[1]马天雨，桂卫华，阳春华，等.基于PBM+MPC的球磨机动态优化控制[J].中南大学学报（自然科学版），2012（2）：127-132.