西門子PLC構(gòu)成的DCS系統(tǒng)在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的應(yīng)用

分類：解決方案日期：2007-08-15 00:00:00

　摘要：
　　本文主要介紹以西門子S7-300PLC、WINCC V6為結(jié)構(gòu)的DCS系統(tǒng)在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的應(yīng)用，通過對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法和程序設(shè)計(jì)思想的介紹,使讀者了解DCS系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制的。　　
　　關(guān)鍵詞:
　　DCS系統(tǒng)，PLC,壓風(fēng)機(jī)，HMI/SCADA軟件系統(tǒng)　　
　　一、概述
　　　　 DCS系統(tǒng),英文名稱為DISTRIBUTOR CONTROL SYSTEM,它是目前國際自動(dòng)控制行業(yè)主流系統(tǒng),它廣泛應(yīng)用在化工廠、電廠、變電所、煉油廠、煤礦等自動(dòng)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、集中控制和自動(dòng)控制等功能。現(xiàn)在，各大電氣公司紛紛推出自己的DCS產(chǎn)品,西門子公司的S7-300PLC和WINCC v6構(gòu)成的DCS系統(tǒng)，是比較有名氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在我們淮南礦業(yè)集團(tuán)已有多套應(yīng)用在煤礦壓風(fēng)機(jī)車間。此系統(tǒng)應(yīng)用在壓風(fēng)車間后，改變了以往壓風(fēng)車間分散儀表控制,簡化了控制線路,提高了壓風(fēng)車間的穩(wěn)定性,而且使得壓風(fēng)車間控制的靈活性增加,使得壓風(fēng)車間有更加完善的控制。下面以我個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來介紹一下煤礦壓風(fēng)機(jī)車間的DCS系統(tǒng)。　　
　　二、 DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　　　一般DCS系統(tǒng)分為二大部分：上位機(jī)部分和下位機(jī)部分，西門子公司的DCS系統(tǒng)的上位機(jī)部分為WINCC V6，下位機(jī)部分為S7-300PLC。上位機(jī)含有HMI/SCADA軟件系統(tǒng)WINCC V6,它是一種組態(tài)軟件，它的英文名稱為Windows Control Center(視窗控制中心)，它不僅具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，而且具有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。下位機(jī)分為CPU部分和模塊部分，S7-300PLC的CPU模塊含有電源，它最大的優(yōu)點(diǎn)是含有I/O模塊，另外它還帶有三種模塊，分別為模擬量輸入模塊（AI模塊）、開關(guān)量輸入模塊（DI模塊）、開關(guān)量輸出模塊（DO模塊），這三種模塊通過底部總線與CPU模塊進(jìn)行通訊，把采集來的壓風(fēng)機(jī)的模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)送入CPU，一般一個(gè)CPU帶8個(gè)模塊，每個(gè)模塊的每個(gè)通道,CPU都通過專用的軟件分配有地址,這些地址為CPU內(nèi)寄存器地址,例如DI模塊分配地址為I12.0--I12.7,DO模塊分配地址為O124.0—O124.7。　　
　　三、DSC系統(tǒng)具體控制原理
　　　　 DCS系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)的主要功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歷史記錄、報(bào)警記錄、報(bào)表系統(tǒng)，下位機(jī)系統(tǒng)主要為PLC的軟件編程。　　
　　（一）上位機(jī)軟件控制原理
　　　　數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能是Wincc V6最基本的功能，它把壓風(fēng)車間所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集上來，供給壓風(fēng)司機(jī)監(jiān)控。以壓風(fēng)機(jī)的溫度顯示為例，說明DCS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的過程，壓風(fēng)機(jī)溫度測(cè)量是采用Pt100熱電阻，此熱電阻采集來的溫度信號(hào)通過三芯屏蔽傳輸?shù)絇LC的AI模塊的一個(gè)通道，AI模塊把此溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過底板總線傳到CPU模塊，CPU接到此信號(hào)后，把此信號(hào)存入到一個(gè)相應(yīng)的寄存器中，然后通過Profibus協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)中的Wincc V6采集到這一地址寄存器中的數(shù)據(jù)后，通過一定的轉(zhuǎn)換在上位機(jī)的界面中顯示出來，使壓風(fēng)司機(jī)看到這一溫度值。數(shù)據(jù)采集過程圖解如下：
　　

　　　　壓力、流量、電壓、電流、電機(jī)開停狀態(tài)數(shù)據(jù)都是通過此過程把數(shù)據(jù)采集上來的。
　　　　數(shù)據(jù)歷史記錄是把設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄下來，以供以后查詢用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以記錄設(shè)備當(dāng)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以方便對(duì)設(shè)備的故障分析。報(bào)警記錄是指設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)出現(xiàn)報(bào)警值時(shí)，把報(bào)警值記錄下來，以方便對(duì)系統(tǒng)的故障分析，另外還可以提醒運(yùn)行人員及時(shí)排除故障，以防事故的擴(kuò)大。報(bào)表功能是可以按時(shí)打印運(yùn)行數(shù)據(jù)，不需人工抄運(yùn)行數(shù)據(jù)，這大大提高了運(yùn)行效率。　　
　　（二）下位機(jī)控制原理
　　　　下位機(jī)的PLC的編程，為壓風(fēng)機(jī)集控和自動(dòng)控制的核心。現(xiàn)以壓風(fēng)機(jī)的二級(jí)排氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)為例，說明壓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。智能壓力變送器把壓風(fēng)機(jī)二級(jí)排氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4—20mA電流信號(hào)，然后通過屏蔽電纜把此信號(hào)傳輸?shù)絇LC的AI模塊，AI模塊把此信號(hào)傳輸?shù)紺PU模塊，CPU接到此信號(hào)后，把此信號(hào)通過PLC的梯形圖，與相應(yīng)的卸荷值和增荷值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量值大于卸荷值時(shí)，PLC會(huì)輸出一個(gè)量，通過DO模塊來控制相應(yīng)的卸荷電磁閥動(dòng)作，使壓風(fēng)機(jī)卸荷，從而二級(jí)排氣壓力下降；當(dāng)測(cè)量值小于增荷值時(shí)，PLC會(huì)輸出一個(gè)量，通過DO模塊來控制相應(yīng)增荷電磁閥動(dòng)作，使壓風(fēng)機(jī)增荷，從而二級(jí)排氣壓力上升。這一系列的過程都不需人干預(yù)，完全是自動(dòng)化。調(diào)節(jié)過程示意圖如下：
　　

　　　　集中控制是指我們可以在上位機(jī)集中控制高低壓開關(guān)柜合分，水泵的起停以及壓風(fēng)機(jī)的起停。水泵自動(dòng)控制一般為水泵的聯(lián)鎖控制，打入聯(lián)鎖的情況下，當(dāng)一臺(tái)水泵故障停止后，另外一臺(tái)水泵會(huì)自動(dòng)起來，保證壓風(fēng)機(jī)不會(huì)因?yàn)樗玫耐Ｖ苟鴻C(jī)。　　
　　三、 DCS系統(tǒng)的擴(kuò)展
　　　　DCS系統(tǒng)通過PLC的I/O模塊來采集數(shù)據(jù)，另外通過總路線技術(shù)，還可以與壓風(fēng)車間的數(shù)顯儀表進(jìn)行通訊，監(jiān)控這些數(shù)顯儀表。我們壓風(fēng)車間水泵電機(jī)綜保采用的是MPC數(shù)字式電機(jī)綜合保護(hù)器，具有MODBUS通訊協(xié)議，通過這一協(xié)議，上位機(jī)Wincc可以讀取電機(jī)各相電流、報(bào)警類型、故障類型等。我們壓風(fēng)車間高壓開關(guān)柜上的DMR301數(shù)字式多功能繼電器，可以通過MODBUS協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)通過此繼電器可以獲得開關(guān)柜電壓、電流、電度、報(bào)警類型、故障類型等信息。壓風(fēng)車間的勵(lì)磁柜、直流屏、以及變壓器上數(shù)顯溫度表也具有通訊功能，通過MODBUS協(xié)議，與上位機(jī)Wincc進(jìn)行通訊，Wincc可以把勵(lì)磁柜、直流屏以及變壓器上數(shù)據(jù)采集上來，提供給壓風(fēng)機(jī)司機(jī)看，從而達(dá)到監(jiān)控這些設(shè)備的目的。總之，利用總線技術(shù)，DCS系統(tǒng)可以形成一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)，通過這個(gè)大網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)中的Wincc可以監(jiān)控整個(gè)壓風(fēng)車間所有設(shè)備，獲得這些設(shè)備的信息，從而保證壓風(fēng)車間設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，壓風(fēng)車間的系統(tǒng)還可以向外拓展，與全礦的管理信息網(wǎng)聯(lián)在一塊，從全礦的每臺(tái)計(jì)算機(jī)上都可以監(jiān)控到壓風(fēng)車間的運(yùn)行情況，我們也可以在我們礦調(diào)度室進(jìn)行集中控制壓風(fēng)機(jī)的起動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)車間的無人化車間。我們還可以把此系統(tǒng)拓展到整個(gè)Internet網(wǎng)，從全世界各個(gè)角落都可以看到我們礦壓風(fēng)車間的運(yùn)行情況。（網(wǎng)絡(luò)示意圖如下）
　　