基于网络通信的高炉喷煤智能控制系统
2022-06-09
高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是一项重要的技术革命。高炉喷煤技术发展很快，自动控制水平在不断提高。如何将智能通信技术更好的融合到自动控制中，这不仅是各自动化厂商所追求的目标，也是各高炉喷煤用户所希望达到的要求。本文重点涉及高炉喷煤智能控制系统。
1传统控制方式
高炉喷煤传统的控制方式采用物理连线的方式交换信号，即给煤机仪表、给煤机变频器和引风机变频器与PLC之间分别通过物理连线的方式交换信号，给煤机仪表输出瞬时流量信号（4-20mA）给PLC，PLC输出设定值信号（4-20mA）给给煤机仪表；PLC输出4-20mA信号给引风机变频器，从而控制引风机的转速。这种传统控制方式在信号交换过程中带来了通信速率低，数据传输不稳定，控制线路较为繁杂，而且成本高的问题。
2智能通信方案
高炉喷煤智能控制系统，主要包括系统监控、系统数据处理、系统控制；其中系统监控端包括多个PC终端，系统数据处理端为多个PLC控制器，系统控制包括多个给煤机称重仪表、给煤机变频器以及引风机变频器等。PC终端通过工业以太网与PLC控制器连接，给煤机称重仪表通过串口通信模块采用RS485通信方式与PLC控制器之间进行数据交互，远程I/O模块（如ET200）、给煤机变频器以及引风机变频器等通过Profibus-DP协议与PLC控制器进行数据传输，系统具体通信网络如图1所示。
PLC控制器从给煤机变频器VVVF、引风机变频器VVVF读取状态信号（运行、反馈频率、电流等），将这些信号送往PC终端。PC终端据此可以发送指令（启停、控制频率等）到PLC控制器，经过PLC控制器运算，由PLC控制器传送至给煤机变频器、引风机变频器，控制给煤机变频器、引风机变频器的运转。
PLC控制器作为主站，从给煤机称重仪表DXK读取信号（运行、手/自、瞬时流量、累计流量等），将这些信号送往PC终端。PC终端据此可以发送指令（流量设定）到PLC控制器，由PLC控制器直接传送至给煤机称重仪表。
3通信实现
在此以淮钢喷煤控制系统为例，淮钢喷煤配置为：2台定量敞开式给煤机和1台定量封闭式给煤机。新增1台280KW引风机，采用6SE70变频器控制。
3.1变频器与PLC之间的DP通信
本系统共有4台变频器，均为西门子变频器，其中3台为MM440（6SE6440-2UD23-0BA1），1台为6SE70（6SE7036-0EK60）。通过西门子通信配置完成变频器与PLC（6ES7414-2XK05-0AB0）之间的DP通信，具体通信配置如图2所示。
根据控制要求，通信子程序如图3所示。
3.2仪表与PLC之间的RS485通信
本系统共有3台给煤机仪表，型号均为DXK。通过使用串口通信模块CP440完成仪表与PLC之间的RS485通信。要通过CP440通讯模块实现同DXK仪表之间的通讯，PLC程序的设计主要包括读数据命令程序、写数据命令程序、故障处理程序设计以及对读取到的数据进行处理的程序等。主程序流程图如图4所示。
3.2.1CP440读数据程序的设计
系统有3块仪表，在此采用轮询的方式访问每块仪表，而对于发送读取数据的DB块仅是仪表地址和BCD校验码不相同，因此，所有的仪表采用一个相同的DB块来执行，根据不同的仪表号修改相应的BCD校验码和仪表地址。
仪表地址的修改采用循环时间和计数方式来实现。每次循环，仪表号加1，直到3为止，然后回到地址1重复执行。数据传送由写操作和读操作组成，具体程序如图5、图6所示。
3.2.2CP440写数据程序的设计
由于系统对仪表进行写数据操作不是一个连续的过程，只是在需要的时候才发送命令到仪表中，因此，发送写数据程序不能采用连续调用方式，而是采用脉冲调用方式，同时在发送写数据命令时，一定要屏蔽读数据命令的发送。写数据PLC程序设计如图7所示。
对于写数据命令程序块，主要完成填写BCD码计算、仪表地址的修改和设置数据的填写，最后调用发送相应功能块将数据发送到对应的仪表。
4结论
该控制系统主要设备之间均采用通信方式进行交换数据，而从解决传统控制系统采用物理连线的方式进行数据交换所存在的问题。实践证明：该控制系统运行稳定、数据交换更加可靠、控制过程更加简单、控制成本更为降低，从而进一步提高了淮钢喷煤智能控制水平，同时，对于同类项目也具有较大的推广价值。
[参考文献]
[1]刘华波，何文雪，王雪，等.西门子S7-300/400PLC编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]郭斌，祁学东，冯大博，等.西门子S7-400PLC在高炉喷煤控制系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，2010，（6）：79-80.
[3]梅小龙，梁海龙，白峭峰，等.高炉喷煤自动控制系统设计[J].机械工程与自动化，2013，（04）：143-145.
[4]渠成全.高炉喷煤自动化控制系统的优化[J].中国设备工程，2013，（2）：55-56.
1传统控制方式
高炉喷煤传统的控制方式采用物理连线的方式交换信号，即给煤机仪表、给煤机变频器和引风机变频器与PLC之间分别通过物理连线的方式交换信号，给煤机仪表输出瞬时流量信号（4-20mA）给PLC，PLC输出设定值信号（4-20mA）给给煤机仪表；PLC输出4-20mA信号给引风机变频器，从而控制引风机的转速。这种传统控制方式在信号交换过程中带来了通信速率低，数据传输不稳定，控制线路较为繁杂，而且成本高的问题。
2智能通信方案
高炉喷煤智能控制系统，主要包括系统监控、系统数据处理、系统控制；其中系统监控端包括多个PC终端，系统数据处理端为多个PLC控制器，系统控制包括多个给煤机称重仪表、给煤机变频器以及引风机变频器等。PC终端通过工业以太网与PLC控制器连接，给煤机称重仪表通过串口通信模块采用RS485通信方式与PLC控制器之间进行数据交互，远程I/O模块（如ET200）、给煤机变频器以及引风机变频器等通过Profibus-DP协议与PLC控制器进行数据传输，系统具体通信网络如图1所示。
PLC控制器从给煤机变频器VVVF、引风机变频器VVVF读取状态信号（运行、反馈频率、电流等），将这些信号送往PC终端。PC终端据此可以发送指令（启停、控制频率等）到PLC控制器，经过PLC控制器运算，由PLC控制器传送至给煤机变频器、引风机变频器，控制给煤机变频器、引风机变频器的运转。
PLC控制器作为主站，从给煤机称重仪表DXK读取信号（运行、手/自、瞬时流量、累计流量等），将这些信号送往PC终端。PC终端据此可以发送指令（流量设定）到PLC控制器，由PLC控制器直接传送至给煤机称重仪表。
3通信实现
在此以淮钢喷煤控制系统为例，淮钢喷煤配置为：2台定量敞开式给煤机和1台定量封闭式给煤机。新增1台280KW引风机，采用6SE70变频器控制。
3.1变频器与PLC之间的DP通信
本系统共有4台变频器，均为西门子变频器，其中3台为MM440（6SE6440-2UD23-0BA1），1台为6SE70（6SE7036-0EK60）。通过西门子通信配置完成变频器与PLC（6ES7414-2XK05-0AB0）之间的DP通信，具体通信配置如图2所示。
根据控制要求，通信子程序如图3所示。
3.2仪表与PLC之间的RS485通信
本系统共有3台给煤机仪表，型号均为DXK。通过使用串口通信模块CP440完成仪表与PLC之间的RS485通信。要通过CP440通讯模块实现同DXK仪表之间的通讯，PLC程序的设计主要包括读数据命令程序、写数据命令程序、故障处理程序设计以及对读取到的数据进行处理的程序等。主程序流程图如图4所示。
3.2.1CP440读数据程序的设计
系统有3块仪表，在此采用轮询的方式访问每块仪表，而对于发送读取数据的DB块仅是仪表地址和BCD校验码不相同，因此，所有的仪表采用一个相同的DB块来执行，根据不同的仪表号修改相应的BCD校验码和仪表地址。
仪表地址的修改采用循环时间和计数方式来实现。每次循环，仪表号加1，直到3为止，然后回到地址1重复执行。数据传送由写操作和读操作组成，具体程序如图5、图6所示。
3.2.2CP440写数据程序的设计
由于系统对仪表进行写数据操作不是一个连续的过程，只是在需要的时候才发送命令到仪表中，因此，发送写数据程序不能采用连续调用方式，而是采用脉冲调用方式，同时在发送写数据命令时，一定要屏蔽读数据命令的发送。写数据PLC程序设计如图7所示。
对于写数据命令程序块，主要完成填写BCD码计算、仪表地址的修改和设置数据的填写，最后调用发送相应功能块将数据发送到对应的仪表。
4结论
该控制系统主要设备之间均采用通信方式进行交换数据，而从解决传统控制系统采用物理连线的方式进行数据交换所存在的问题。实践证明：该控制系统运行稳定、数据交换更加可靠、控制过程更加简单、控制成本更为降低，从而进一步提高了淮钢喷煤智能控制水平，同时，对于同类项目也具有较大的推广价值。
[参考文献]
[1]刘华波，何文雪，王雪，等.西门子S7-300/400PLC编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]郭斌，祁学东，冯大博，等.西门子S7-400PLC在高炉喷煤控制系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，2010，（6）：79-80.
[3]梅小龙，梁海龙，白峭峰，等.高炉喷煤自动控制系统设计[J].机械工程与自动化，2013，（04）：143-145.
[4]渠成全.高炉喷煤自动化控制系统的优化[J].中国设备工程，2013，（2）：55-56.