基于PROFIBUS总线的陶瓷过滤机集中控制系统设计

吴劲松

(安徽铜冠机械股份有限公司)

基于PROFIBUS总线的陶瓷过滤机集中控制系统设计

吴劲松

(安徽铜冠机械股份有限公司)

江西铜业股份有限公司某选厂根据现场实际情况，设计了一套PROFIBUS工业现场总线控制系统，提出采用SIMTIC NET将装有西门子CP5611通讯卡的工业控制PC设置成一个虚拟PROFIBUS主站，并安装组态王KingView组态软件，组态王通过OPC服务功能与SIMTIC NET交换数据，主站、从站之间通过PROFIBUS总线直接进行通信、数据采集和交换，从而实现对多台陶瓷过滤机及其周边系统的集中控制。结果表明：该控制系统具有较高的稳定性、较高的控制精度和品质。

PROFIBUS总线 CP5611 组态王 陶瓷过滤机 集中控制

PROFIBUS现场总线，即过程现场总线，是面向工厂自动化、流程自动化的一种国际性的现场总线标准，是目前国际上通用的现场总线标准之一，它以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。目前PROFIBUS总线已经覆盖制造业、楼宇自动化和过程自动化等多个自动化领域。

陶瓷过滤机是一种矿浆脱水设备，具有高效益、低能耗、自动化程度高、运行可靠、滤饼含水量低等特点，是目前选矿脱水的首选设备，广泛应用于冶金、矿山、化工等行业。江西铜业股份有限公司某选矿厂精矿工段目前装有6台陶瓷过滤机，这些陶瓷过滤机及其周边设备分散于企业生产现场，生产线较长，操作控制极不方便，工人劳动强度大，为了提高生产的自动化程度，设计了一套基于PROFIBUS总线的陶瓷过滤机集中控制系统。

1 设计方案

1.1 技术要求

现场6台陶瓷过滤机过滤2种矿产品，分别是铜精粉和硫精粉(现场工艺见图1)，因此精矿集中控制系统应分成铜系统和硫系统，2个系统由1台计算机控制，铜系统和硫系统的陶瓷过滤机分别与其对应的泵、阀、皮带等周边设备实现联启联停、故障报警、联锁、紧急停止及日常生产管理报表记录等功能。

图1 现场工艺

1.2 总体设计方案

精矿集中控制系统采用1台高性能工控机安装CP5611卡和SIMTIC NET2005软件，组态成PROFIBUS主站，并生成PROFIBUS总线，6台陶瓷过滤机的控制系统采用S7-200系列PLC控制，每台PLC增加1只EM277模块，作为PROFIBUS从站连接在总线上。另考虑陶瓷过滤机控制系统的独立性，单独制作1套控制系统，对于周边设备(泵、阀、皮带等)进行控制，该控制系统也应用S7-200系列PLC并安装EM277模块，作为PROFIBUS从站连接在总线上设计方案原理见图2。

在PROFIBUS总线设计完成后，在主站PC上安装组态王6.52版软件，进一步将其改造成监控站，形成一个PROFIBUS主站与监控站一体的控制器工作站，组态王和主站之间采用OPC方式通讯，提供监控人机界面，实现所需的功能。

图2 设计方案原理框图

2 硬件配置

2.1 周边设备控制系统硬件配置

设计周边设备控制系统采用西门子S7-200 PLC作为控制系统核心[1]，由于需要控制的泵、阀、皮带较多，CPU采用226型号，该CPU具有16点数字量输入和16点数字量输出，扩展3只EM222模块，以增加PLC的输出点数，每只模块可增加8点数字量输出。增加1块EM277模块以支持PROFIBUS总线，EM277模块的站号设置为17号站。周边设备控制系统PLC控制系统原理见图3。

图3 周边设备控制系统PLC控制系统原理

2.2 各台陶瓷过滤机控制系统

由于现场已有的陶瓷过滤机的控制系统均为西门子S7-200系列，可通过外挂EM277模块支持PROFIBUS，因此6台陶瓷过滤机的PLC全部增加一块EM277模块，按顺序将各台陶瓷过滤机的EM277模块站号设置为11～16。

2.3 计算机主站硬件配置

为提高系统稳定性，主站采用研华原装工控机。由于监控内容较多，监示器选择21寸液晶显示器，以便在同一监控画面显示更多的内容。为了让工控机支持PROFIBUS通讯，在工控机内安装一块PCI接口的CP5611通讯卡。

2.4 PROFIBUS总线连接[2]

整个脱水工段生产线较长，为了保证通讯质量，通讯电缆选用西门子专用的DP电缆，接头选用专用的西门子DP接头，该DP接头接线方便，内置终端电阻，可通过开关启用。用DP电缆和DP接头将工控机、6台陶瓷过滤机和1台周边设备控制PLC的EM277串接起来，形成总线，总线两端接入终端电阻。

3 系统实现与编程

3.1 从站通讯功能实现

修改每台陶瓷过滤机的PLC梯形图，将PROFIBUS主站所需的数据传送到数据缓冲区中，供PROFIBUS主站读取，同时将来自主站的控制信号编入梯形图中。根据精矿工艺流程和电气原理图编制周边设备控制系统PLC梯形图并调试，在梯形图中也加入数据传送指令。

3.2 主站设置

工控计算机安装SIMTIC NET 2005，使用Simatic net 软件Configuration Console组件将PC机组态成虚拟主站，设置主站站号为3。在虚拟PC Station中，添加OPC Server应用及CP5611通讯卡。主站配置见图4。

3.3 PROFIBUS总线配置

使用SIMATIC NCM PC Station Wizard创建新工程，进行PROFIBUS总线配置。配置CP5611卡，设置CP5611卡的地址和通讯波特率及协议模式，并设为主站。在生成的DP master 总线上添加EM277模块作为DP从站。设置EM277 的PROFIBUS地址与实际模块的拨码一致，对应从站数据交换区设置EM277的地址偏移量，为总线上的EM277建立数据交换区。PROFIBUS总线配置见图5。

将7个从站全部加入，完成总线的配置。下载配置信息到PC站中，PROFIBUS总线组态完成。

3.4 组态王监控组态

安装并运行组态王软件，选择OPC服务为数据来源。按工艺组态画面并为事件编写脚本，将陶瓷过滤机分别与铜、硫系统皮带进行联锁，当皮带跳闸后，触发陶瓷过滤机的报警功能，并进行相应操作，防止皮带埋死。监控画面组态见图6。

图4 主站配置

图5 PROFIBUS总线配置

4 结 语

基于PROFIBUS总线的陶瓷过滤机集中控制系统采用SIMTEC NET2005虚拟机充担主控制器，各陶瓷过滤机采用EM277作为从站，构成PROFIBUS总线，实现了陶瓷过滤机及其周边设备的集中控制，PROFIBUS主站与组态王采用OPC方式通讯，通讯速度快，数据可靠；利用组态王强大的组态功能，保存有完整的历史数据、操作和报警记录；该控制系统以较低成本获得了能满足现场使用需求的功能，具有较高的稳定性、控制精度和品质，操作简单且控制可靠；该系统所使用的PROFIBUS总线兼容性和可扩展性极佳，可与上一级总线相连，为将来整个车间的集中控制系统打下了良好的基础，具有较高的现实意义。

图6 监控画面组态

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 方 文.现场总线控制系统在选矿自动化中的应用研究[J].有色金属：选矿部分，2010(6)：45-47.

2014-12-24)

吴劲松(1971—)，男，工程师，244061 安徽省铜陵市翠湖三路1606号。