上海署晓自动化科技有限公司
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西门子模块6ES7513-1AM03-0AB0参数详细
计量控制原理
CFW定量给料机主要分为四大单元:称重单元、皮带测速单元、积算控制单元、驱动单元,其中称重单元，皮带测速单元，驱动单元作为给料机的部件安装在机械本体上。
称重单元主要由计量托辊和两个应变式荷重传感器组成。称重传感器安装在高精度的平台上，其测量出输送带上物料的单位长度重量;皮带测速单元采用高精度脉冲编码器安装在从动滚筒轴端，通过滚筒转动产生脉冲信号，以上重量信号(毫伏级)及脉冲信号分别传送至积算控制系统。
2.3 工艺设备主要参数
物料粒度: 0～80mm
物料散密度: 800kg/m3
物料水分: 10～12％
给料方式: 圆盘给料
皮带驱动电机: 3.7kW 3φAC380V
圆盘驱动电机: 15kW 3φAC380V
给料机输送带宽度: 800mm
输送机能力范围: 10～100t/h
输送机速度: 0.1m/s～1m/s
配料秤系统精度: **0.5%
3 控制系统构成
3.1 系统总貌
整个自动配煤装置为生产现场无人化管理，所有的操作和监视均在中央控制室中进行，系统采用分布式计算机监控管理方式，主要由两套西门子S7-300PLC、两套WINCCV6.0软件及工控机、48套SIMOVERT MASTERDRIVES6SE70工程型变频器、24台CFC-200回路调节控制器、3套OSM等控制单元构成一个基于100M光纤工业以太环网的SA系统。其中各关键装置如:PLC、变频器、调节控制器、分布式I/O之间采用Profibus-DP协议通讯方式，以确保高实时性和高动态响应要求，Profibus是能够以标准方式应用于所有领域并贯穿整个过程链的现场总线。这种系统架构充分利用发挥了西门子SIMATIC自动化产品的资源，具有高可靠性，强抗干扰能力和灵活的可扩充性，可独立完成对设备的数据采集，精度控制，监控连锁。上位机WINCCV6.0组态软件作为HMI，通过操作画面对实时数据进行监控，报警，实现生产工艺过程参数的实时曲线、历史趋势显示、报警记录、配方管理、产量统计、各类数据归档和安全连锁保护，通过VBA编程实现Excel报表输出、打印及预览等功能。系统需要监测重量、速度、位置、缺料、堵料、皮带打滑、电机启停、电流、转距和转速等一千多个模拟量I/O和数字量I/O控制点,具有48个PID闭环控制回路和2套远程监控系统操作站。整套系统通过光纤交换机进入Ethernet与焦业公司的其它焦化工艺段及厂级管理网进行衔接，达到管控一体化水平
系统配置
本系统24台配煤秤分为两个工艺段各为12台，每个工艺段控制单元由1个S7-315-2DPCPU主站(含1个本地扩展主站)及2个ET200M从站、12个CFC-200及6SE70变频器配带CBP2从站所组成，两个工艺段控制单元经光纤工业以太网进行互连，两台带有WinCCV6.0的工控机组成配煤系统操作员站，其中一台兼有工程师站功能。
(1) 硬件配置组成(2套控制柜)
控制系统主要采用西门子SIMATIC系列产品，其硬件主要配置如下:
工控机:ADVANTECH IPC-610、P4/2.8GHz/80Gb/512Mb/CP1613网卡/19'LCD 2套。
电源:SITOP电源 24VDC/10A 2个;PS307 24VDC/5A电源模块6套;UPS 3KVA在线式2套。
PLC:CPU 315-2DP 2套;SM 321 DI模板18块;SM 322 DO模板8块;SM 331AI模板4块;CP343-1 以太网模板2块; CP342-5 DP模板2块;ET200M IM153-1分布式接口模板4块。
(2) 驱动配置组成(8套变频柜)
变频器采用西门子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列产品，其产品配置如下:SIEMENS 6SE70234EC6115kW 24台(控制圆盘驱动);SIEMENS 6SE70210EA61 4kW24台(控制皮带驱动);Profibus-DP通讯板:CBP2 48块;变频操作面板:OP1S 2块;SITOP电源:380VAC/24VDC/10A 8个;驱动装置:SEW-EURODRIVE轴装式电机/减速机一体化装置 48套。
(3)网络及软件配置
OSM光纤交换机:TP22 6GK1105-2AE00 2套;TP62 6GK1105-2AB10 1套。
软件:STEP7 V5.3 1套;WINCC V6.0+SP3 RT 64K 2套;RC 64K1套;SOFTNET-S7 V6.22套。
(4) 称重部件配置
计量称重检测部件主要采用Yamato系列产品。
称重传感器:UB2-100kg 48个。
测速单元:LE-627 24套。回路调节控制单元:CFC-200C 24套。
自动标定驱动单元:ORIENTAL-MOTOR 2RK6GN 24套。
4 网络通讯
4.1 系统组成
根据本系统的网络通讯要求和特点，在设备层与控制层之间我们选用了Profibus-DP通讯方式，其优点是适合实时性要求高、多个从站设备位置分散、快速周期性数据交换等场合，每套SIMATICS7-315-2DP CPU所集成的DP口作为分布式I/OET200M(2套)和CFC-200回路调节控制器(12套)的DP1主站，另一路由扩展CP342-5模块作为DP2主站，连接SIMOVERTMASTERDRIVES矢量变频器 SIEMENS6SE70+CBP2(24套从站)，以上两路Profibus-DP网络确保了配煤系统的综合精度、快速数据交换、同步响应、可靠性、故障诊断和维护等方面的总体性能要求。
控制层与信息层采用TCP/IP工业以太网通讯，CP343-1以太网模板使S7-300PLC成为工业以太网的一个节点并通过SiemensOSM(开放存储数据管理平台)光纤交换机建立起PC站对控制层的访问通道，操作站/工程师站配置SiemensCP1613网过专用双绞线与OSM连接，3台OSM交换机通过光纤连接构成一个100M环形的主网，工业以太网适用于大规模数据的交换和远距离传输，是目前实现自动化系统与计算机系统间通讯的理想选择。
4.2 OSM开放存储数据管理平台特点
(1) 通讯可靠，网络出错后可迅速重构(<0.3s);
(2) 通过集成的冗余管理器可以实现快速介质冗余;
(3) 通过100Mbps的高速率和负载隔离技术实现网络能的提升;
(4) 冗余环中的通讯速率为百兆，每个环上*多可使用50个OSM;
(5) 使用多模光纤的两个模块间的*大距离是3000m;
(6) 简单的网络配置和扩展诊断;
(7) 24VDC冗余供电。
5 STEP7及WINCC编程组态
配煤控制系统以SIMATIC Step7 V5.3和WinCCV6.0为软件开发平台;STEP7编程软件包主要完成S7-300、ET200M类型配置、物理地址配置、硬件组态配置、网络通信端口配置、OB、FB、FC编程等任务，WinCCV6.0是SIMATIC全集成自动化的重要组成部分，它向用户提供了极大的应用灵活性和系统开方性，在工业自动化领域有着广泛的应用，是当今**的HMI/SA软件。
5.1 STEP7编程及硬件组态
PLC软件设计中充分利用STEP7的结构化编程方式，根据不同的需要建立起公共的功能块，经参数传递来反复进行调用，整个系统程序层次分明，易于理解和修改。
SIMATIC STEP7 H/WConfig中组态配置内容包括:硬件名称和类型选择、模块安装次序、模块I/O地址、GSD文件安装、DP网络参数(主从站地址、传输速率、操作模式)等
通信编程
西门子S7-315-2DP CPU作为DPMaster站访问各类从站，其通信编程方法有多种，*常用的是在OB1中调用通讯系统功能块SFC14和SFC15来完成从站上的I/O数据的读写访问，本项目中以上主站通信对应的从站类型包含分布式I/OET200M和调节控制器CFC-200。
CP342-5作为Profibus-DP主站时，*多可链接124个从站，和每个从站*多可以交换244个输入字节(bbbbb)和244个输出字节(Output)，与所有从站总共*多交换2160个输入字节和2160个输出字节，但其DP通信编程与S7-300CPU所集成的DP站有所不同，CP342-5为主站其模块内部的数据寄存器与从站的I/O数据区的通讯过程是自动进行的，但必须填写CP342-5模块的硬件起始地址参数，使CPU能寻址到CP342-5位置，这个起始地址就是16进制的CDDR参数，它表示硬件组态的PZD起始地址，可在OB1程序中调用功能块“DP_SEND”FC1和“DP_RECV”FC2，来完成CPU经CP342-5数据寄存器对PKW、PZD的数据交换;本例中CP342-5模块所连接的DP从站为SIEMENS6SE70变频器+CBP2总线适配器，MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2DPV1其PPO(参数过程数据对象)类型共有以下5种本例中根据实际情况选择类型PPO4，此类型没有参数数据PKW，只有6个字的过程数据PZD，过程数据主要包含:起、停命令、电流反馈、速度给定及反馈、运行和报警状态等设定值和状态值;但随着今后的发展趋势，西门子将会取消PPO类型，代之以标准报文或自由组态，这样一来参数数据PKW就可以采用非循环方式来访问(DPV1功能)，非循环访问不需要组态，用SFC58/59以读/写数据包的形式读/写参数，而过程数据PZD还是采用循环方式传送，这样可大大减轻整个DP网的通信负荷。
在通信编程必须注意以下几点:DP从站I/O端口映射的I和Q存储区起始地址必须从0开始;各个从站I/O端口地址应连续，相互之间不可有空隙;功能块FC1和FC2中的发送及接收的数据字节应全部覆盖各个从站的PZD长度。
本项目中MASTERDRIVES与S7-300DP通信编程步骤依次为:硬件组态(插入从站)、选择数据格式(PP0类型)、I/Qaddress分配、创建DB数据块、调用功能块FC1(“SEND”)和FC2 (“RECV”)。见图5功能块调用
WINCC应用
运行于Microsoft bbbbbbsXP下的bbbbbbs控制中心——WinCCV6.0为过程自动化领域中的**者，作为基础自动化系统重要组成部分，它将人机界面(HMI)系统、监控管理系统和数据库技术集成为一体，它采用标准微软SQLServer 2000数据库进行数据归挡存储，并提供了SIMATICMES/ERP的连接通道。利用WinCC可根据配煤炼焦生产工艺要求与控制内容，方便地制作配煤工艺流程界面、配方管理界面、各工艺和控制参数监测界面、网络通信状态界面、各设备顺序控制界面、报警指示和记录界面、趋势图记录界面等功能模块的设计，系统的各种控制参数、工艺参数及生成的数据库均可自动存储，实时查询，自动生成年、月、日报表供打印和预览。并启用WinCC中的VBA脚本语言(bbbbbb)来实现对数据库接口的ADO访问应用功能，从而能满足系统的扩展要求。
采用SIMATIC Step7+WinCCV6.0组合，可大大地降低系统开发的成本，缩短项目实施的周期，它具有应用灵活、规模可伸缩、使用简便、功能强大等特点。在本项目中充分利用WinCC和Step7集成环境下的系统全局数据库技术，在变量的操作、存取、修改和逻辑块直接调用方面都给编程过程带来了极大的方便，这种面向对象的编程技术特性在今后的功能扩充、方案更改、系统优化和维护方面都具有很大的实用性，是分布式SA系统及工厂基础自动化层次的理想选择。
本例中根据系统工艺要求，应用WinCC所开发的监控系统界面，采用树型结构，具有多种画面调用手段，以方便操作者使用，