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０引言
某礦業(yè)洗煤廠隸屬于某礦業(yè)集團公司，是２０世紀５０年代設計建設的國有大型中央洗煤廠，年入洗能力為５００萬ｔ，配煤能力為５００萬ｔ。
配煤控制系統(tǒng)是該洗煤廠的重要組成部分，是由ＰＬＣ控制的由儲煤、配煤和輸煤３個部分組成的自動控制系統(tǒng)［１］，主要包括２４臺稱重控制器及２４臺給煤機、變頻器控制柜、工控機、Ｓ７－４００控制器。Ｓ７－４００控制器安裝在控 制中心，工控機放置在配煤監(jiān)控中心，Ｓ７－４００控制器與工程機之間采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡通信。配煤現(xiàn)場與控制中心距離為５０～５００ｍ，現(xiàn)場的稱重控制器流量信號與變頻器控制信號都從現(xiàn)場傳輸至Ｓ７－４００控制器的模擬量模塊和開關量模塊，現(xiàn)場所有設備的電源都是由控制中心引出。
系統(tǒng)主要存在以下問題：
（１）稱重控制器測量的瞬時流量采用模擬量信號上傳，誤差較大；其次配煤現(xiàn)場線路較長，強弱電線路沒有分開鋪設，上傳數據易受到干擾，系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響配煤質量；再者使用模擬信號只能上傳瞬時流量，不能上傳累計流量，使用原系統(tǒng)計算出的累計量存在較大的誤差；另外稱重控制器運行一段時間后，會出現(xiàn)零點漂移現(xiàn)象，導致瞬時流量出現(xiàn)負值，但模擬量不能上傳負瞬時流量值，維護人員不能及時獲得稱重控制器的運行狀態(tài)，影響配煤總量的計量。
（２）配煤系統(tǒng)變頻器的控制信號（啟、停信號、復位信號）使用變頻器數字Ｉ／Ｏ接口加繼電器方式控制，變頻器的設定量與狀態(tài)量（電流、頻率、轉速）使用變頻器外部模擬Ｉ／Ｏ接口傳輸。配煤現(xiàn)場線路較長，強弱電線路沒有分開鋪設，變頻器控制信號易受到干擾，影響控制效果（如給煤機或膠帶出現(xiàn)不能集控停車的情況），繼而影響配煤質量；系統(tǒng)中部分變頻器不能調節(jié)到最大頻率，不能保證生產任務；變頻器故障信息不能反饋至監(jiān)控中心，當變頻器出現(xiàn)故障后，維護人員只能到現(xiàn)場才能獲得變頻器的故障信息，并且使用Ｉ／Ｏ端口進行控制和信息的傳輸，使用了大量電纜，維護難度較大。
（３）配煤現(xiàn)場與主控室距離較遠，線路較長，數量較多，強弱電線路使用同一電纜橋，未分開敷設，電磁干擾較為嚴重，影響配煤過程系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對原配煤控制系統(tǒng)存在的問題，本文提出了基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ現(xiàn)場總線的配煤控制系統(tǒng)改造設計方案。使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ總線進行控制和通信不但可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還可以提高系統(tǒng)的性價比，使原來的幾百根控制電纜減少到一根總線電纜，不但降低了系統(tǒng)故障點數量，而且提高了系統(tǒng)維護的時效性。
１配煤控制系統(tǒng)改造設計
１．１配煤控制系統(tǒng)改造總體方案
基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ的配煤控制系統(tǒng)的拓撲結構如圖１所示，原有控制室的控制站、控制網絡保持不變，對配煤控制系統(tǒng)的變頻器通信和稱重控制器數據上傳部分進行改造［２］。

系統(tǒng)改造完成后，配煤控制系統(tǒng)的變頻器與控制室、稱重控制器與控制室之間的數據信號全部經由光纖傳輸，不再受干擾。
１．２稱重控制器數據上傳部分的改造
稱重控制器數據上傳部分的改造的共分為３個部分：增加稱重控制器數字通信模塊；增加協(xié)議轉換網關；通信鏈路改造［３］。
（１）增加稱重控制器數字通信模塊。原系統(tǒng)采用模擬量傳輸稱重控制器數據，稱重控制器沒有數字通信能力，要實現(xiàn)稱重控制器數據使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ網絡傳輸，需要為其擴展一個數字通信接口。在參考稱重控制器廠家提供的簡易數字通信卡的基礎上，開發(fā)了具有光電隔離、防靜電、防雷擊等功能的專用數字通信模塊，將此模塊插在稱重控制器對應的數字插槽中，即為稱重控制器擴展了一個ＲＳ４８５數字通信接口，使用相應的通信協(xié)議，即可實現(xiàn)與稱重控制器的通信。
（２）增加協(xié)議轉換網關。稱重控制器數據傳輸協(xié)議為特殊的單主從通信協(xié)議，與配煤控制系統(tǒng)的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信協(xié)議不同，因此，需要為稱重控制器數據上傳部分增加協(xié)議轉換網關，該網關既可以讀取稱重控制器數據，又可以與控制網絡實現(xiàn)對接。為了保證數據傳輸速度和系統(tǒng)可靠性，每４臺稱重控制器使用１臺協(xié)議轉換網關。協(xié)議轉換網關的核心控制器選用西門子Ｓ７－２００，Ｓ７－２００自帶一個ＲＳ４８５通信接口，使用相應的通信協(xié)議即可通過該接口獲取稱重控制器數據（如瞬時流量、累計流量等）。為Ｓ７－２００擴展一個ＥＭ２７７模塊，該模塊為Ｓ７－２００提供一個Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線接口，使得協(xié)議轉換網關作為一個從站直接接入配煤控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)配煤控制系統(tǒng)主站ＰＬＣ和稱重控制器的數字通信。
（３）通信鏈路改造。協(xié)議轉換網關與主站ＰＬＣ之間使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線連接。但是由于協(xié)議轉換網關與主站ＰＬＣ二者之間距離較遠，且強弱電信號未分開敷設，為消除信號傳輸過程的干擾，系統(tǒng)方案將此通信鏈路改造為光纖傳輸。
１．３變頻器通信部分改造
配煤控制系統(tǒng)變頻器通信部分改造內容主要包括：變頻器通信改造；通信鏈路改造［４］。
（１）變頻器通信改造。原配煤控制系統(tǒng)使用的變頻器是ＡＣＳ－８００系列變頻器。為每臺變頻器擴展一塊支持Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ協(xié)議的專用適配器模塊ＲＰＢＡ－０１，變頻器即能以從站的形式加入到配煤控制網絡中，實現(xiàn)變頻器的總線控制與狀態(tài)返回，通過總線方式還可以獲取變頻器的故
障信息，增加了變頻器的遠程維護功能。
（２）通信鏈路改造。為配煤控制系統(tǒng)的每臺變頻器鋪設１路光纖通信鏈路，這些鏈路改造與稱重控制器數據上傳改造部分基本相同，區(qū)別在于變頻器通信鏈路不需要協(xié)議轉換網關。
２硬件組態(tài)配置及相關參數設置
２．１硬件組態(tài)配置
１）使用Ｓｔｅｐ７Ｖ５．４組態(tài)軟件，進入ＨａｒｄｗａｒｅＣｏｎｆｉｇｕｒｅ，將ＲＰＢＡ－０１和ＥＭ２７７模塊的ＧＳＤ（設備數據庫）文件導入Ｓｔｅｐ７的編程環(huán)境中。點擊ｏｐｔｉｏｎｓ－ｉｎｓｔａｌｌＧＳＤｆｉｌｅ將ＡＢＢ變頻器和ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件導入Ｓｔｅｐ７中，如圖２所示。ＧＳＤ文件可以從ｗｗｗ．ｐｒｏｆｉｂｕｓ．ｃｏｍ或從ＡＢＢ與ＳＩＥＭＥＮＳ網站下載，ＲＰＢＡ－０１的ＧＳＤ文件名為ＡＢＢ＿０８１２．ＧＳＤ，ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件名為ＳＩＥＭ０８９Ｄ．ＧＳＤ。

（２）本系統(tǒng)選用ＣＰＵ４１４－４Ｈ為主站，默認地址為２。將ＡＢＢ變頻器的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ模塊ＥＭ２７７組態(tài)到主站的ＤＰ網絡上，本系統(tǒng)ＲＰＢＡ－０１模塊使用的消息類型為ＰＰＯ４［５］，ＥＭ２７７模塊通信方式選擇６４ＢｙｔｅｓＯｕｔ／６４ＢｙｔｅｓＩｎ，根據設計完成各從站的地址設置和緩沖區(qū)映射。配煤控制系統(tǒng)硬件組態(tài)完成如圖３所示。
２．２稱重控制器數據上傳部分硬件參數設置
由于系統(tǒng)中每臺協(xié)議轉換網關同時與４臺稱重控制器進行通信，因此，４臺稱重控制器需要設置不同的通信地址，以保證協(xié)議轉換網關可以穩(wěn)定讀取每臺稱重控制器的配煤數據。
將硬件組態(tài)下載到ＣＰＵ４１４－４Ｈ主站系統(tǒng)后，連接好ＥＭ２７７與主站的通信電纜，需要根據硬件組態(tài)對ＥＭ２７７模塊進行地址設置，以保證稱重控制器數據正確穩(wěn)定的上傳。

２．３變頻器硬件參數設置
完成變頻器Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１的安裝后，首先需要根據硬件組態(tài)對ＲＰＢＡ－０１模塊進行地址設置，其次還需要設置變頻器的通信參數。首先需要設置參數組９８．０２為ＦＩＬＥＤＢＵＳ，激活ＲＰＢＡ－０１通信卡模塊；其次需要設置參數組９８．０７為ＡＢＢＤＲＩＶＥ，選擇通信卡使用ＡＢＢ專用通信協(xié)議；第三需要設置變頻器啟停信號源、ＲＥＦ信號源以及５１．０５～５１．１２通信卡相關參數組；最后需要對９２．０２～９２．０６實際信號參數組進行相關設置，以保證變頻器運行時參數的正確返回［６］。
為了保持系統(tǒng)原有的現(xiàn)場操作功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性，本方案利用變頻器的２個用戶宏存儲了２組不同的參數設定值，即集控參數與就地參數。集控參數組使用ＲＰＢＡ－０１模塊實現(xiàn)變頻器的控制與狀態(tài)返回；就地參數組使用變頻器外部Ｉ／Ｏ接口實現(xiàn)變頻器的控制，使用ＲＰＢＡ－０１模塊實現(xiàn)狀態(tài)信號的返回。２種控制方式的轉換只能通過現(xiàn)場的轉換開關或變頻器控制盤實現(xiàn)。
３結語
實際應用表明，改造后的配煤控制系統(tǒng)，控制與顯示的數字瞬時流量數據與現(xiàn)場稱重控制器屏顯瞬時流量完全一致，消除了控制與現(xiàn)場數據的誤差，監(jiān)控中心能準確反映現(xiàn)場的配煤情況，控制過程更加穩(wěn)定，提高了配煤質量；稱重控制器累計量的返回為數據報表系統(tǒng)提供了數據參考，提高了數據報表能力；負瞬時流量的返回，使得稱重控制器維護人員及時獲得故障信息，提高了稱重控制器維護的時效性。
變頻器實現(xiàn)了完全集控控制，不再出現(xiàn)集控不能停車的情況，提高了系統(tǒng)可靠性；變頻器的頻率都能調節(jié)至最大值，保證了生產任務，提高了生產效率。
采用光纖實現(xiàn)數據上傳與控制后，提高了稱重控制器數據上傳與變頻器控制的可靠性，配煤質量得到保證；控制系統(tǒng)中的線路數量減少后，減少了系統(tǒng)中的故障點數量，提高了可靠性，同時系統(tǒng)的可維護性與故障解決的時效性也得到提高，提高了配煤控制系統(tǒng)的效率。
 

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