黄 波

(云南华联锌铟股份有限公司)

由于胶带运输机的距离比较长，要实现机头、机尾、操作室以及DCS中控室能够集散控制，如果采用硬接线就要增加许多PLC模块和DCS模块，并且不能实现设备数据的共享，设备编程也比较繁琐不集中，要对每个部位的PLC进行单独编程。因此选用Porfibus-DP和Modbus两种通讯总线结合的通讯方式，将各部位的控制器和仪表作为总线上的主站或从站，只要将各个从站中的I/O点在主站中进行读写，就能在主站中编程对从站进行控制，这样不但节省了大量的控制电缆和控制器模块，降低了故障点，维护人员查找故障比较方便，系统程序的修改方便集中，并且实现了整个控制系统设备数据的共享，上下工序中一些仪表的数据，可以通过DCS系统的Modbus总线，传送给胶带运输机控制系统进行连锁控制，同时避免了对仪表的重复投资和安装。

1 设备背景及参数

云南华联锌铟股份有限公司是文山州集采矿、选矿、冶炼为一体的大型国有控股企业，经过对公司矿山露天境界内保有的表内矿、境界外可供地下开采回收利用的表内矿，经济合理性分析以及采选生产格局等方面的综合研究，最终确定新建新田选矿厂。选矿厂生产规模为8000 t/d，设计服务年限为20 a，主要产品有锌精矿、铜精矿、铁精矿、硫精矿、锡精矿、锡石富中矿。其中，长距离胶带运输机担负着整个选厂的矿石供应，为整个选厂的咽喉，其重要程度显而易见，整个胶带运输机水平长度为1932.8 m、垂直高度为368.7 m、胶带机倾角为 10.8°、设计运输量为540 t/h、胶带运行速度为3.87 m/s，采用2台西门子G150690 V 710 kW的变频器驱动2台690 V 630 kW的电机。

2 控制及网络系统的构成

整个控制系统由主站中央控制部分、从站机尾控制部分、从站机头控制部分、从站数据处理部分、I/O控制部分组成。通讯网络部分是由Profibus DP和Modbus 2种总线网络构成，Profibus DP是以S7-300 PLC为主站，机尾S7-200 PLC作为3#DP从站，机头S7-200 PLC作为4#DP从站，数据处理站S7-200 PLC作为5#DP从站。Modbus分为2个网络，其一是以机头S7-200 PLC作为主站，模拟量采集模块作为从站进行温度采集，其二是以艾默生DCS为主站，数据处理S7-200 PLC作为从站进行数据交换。控制系统构架见图1。

2.1 中央控制站

中央控制站由S7-300 PLC控制柜组成，安放在机头操作室内。硬件组态由电源模块PS 3075A(6ES7307-1EA00-0AA0)、CPU模块 CPU 313C-2 DP(6ES7313-6CF03-0AB0)、数字量输入输出模块(6ES7323-1BL00-0AA0)、模拟量输入模块(6ES7331-1KF02-0AB0)、模拟量输出模块(6ES7332-5HB01-0AB0)构成，触摸屏采用易控SA-12.1A进行编程，对整个系统进行监控。

软件组态由组织块 OB1、诊断中断组织块OB82、I/O 访问错误组织块 OB122、功能 FC3、FC4、FC5、FC10、FC11、FC15、FC16，数据块 DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7 构成。

图1 控制系统构架

网络组态由CPU 313C-2DP作为Profibus DP主站［1］，波特率设置为19.2Kbps，地址为2。机尾从站地址为3，偏移地址为1500，对应主站内的输入、输出地址从256～271。机头从站地址为4，偏移地址为2000，对应主站内的输入地址从288～319、输出地址从292～323。数据处理站地址为5，偏移地址为1000，对应主站内的输入地址从320～383、输出地址从324～387。

为了方便通讯数据间的传输，采用DB1数据块作为机尾3#站数据读取的存储块，即将PIW256-271中的数据存入DB1数据块中;DB2数据块作为机尾3#站数据写入的存储块，即将PQW256-271中的数据存入DB2数据块中。

采用DB3数据块作为机头4#站数据读取的存储块，即将PIW288-319中的数据存入DB3数据块中;DB4数据块作为机头4#站数据写入的存储块;即将PQW292-323中的数据存入DB4数据块中。

采用DB5数据块作为数据处理5#站数据读取的存储块，即将PIW320-383中的数据存入DB5数据块中;DB6数据块作为数据处理5#站数据写入的存储块，即将PQW324-387中的数据存入DB6数据块中，存储过程见图2。

图2 存储过程

2.2 机尾控制站

机尾控制站位于长距离胶带的尾部，距离机头操作室有1900多m，主要实现在皮带机机尾对设备进行启停、工艺参数和设备状态进行实时监控。机尾控制站的硬件主要是由西门子224CPU和EM277 Profibus DP模块加上维控的LEVI 777T触摸屏构成子站监控系统。由于距离较远一般数据线无法实现主从站之间的连接，因此采用一对型号为UT-277SM的485转光纤的收发器加上光纤进行数据的通讯。

该子站的 Profibus DP地址为3，偏移地址为1500，为8字输入8字输出类型。即主站写入子站的数据在VW1500-VW1514的8个字中，主站读取子站的数据在VW1516-VW1530的8个字中，这样就实现了主从站之间的数据交换，子站配置见图3。

2.3 机头控制站

机头控制站位于皮带机机头在操作室附近，主要实现在皮带机机头对设备进行启停和工艺参数和设备状态进行实时监控。机头控制站的硬件主要由西门子224XP CPU和EM277 Profibus DP模块、SBWZ温度变送器模块、420MA-IN12电流采集模块加上易控SK-043AE的触摸屏、构成子站监控系统，电机温度通过热电阻连接到温度变送器，再将温度变送器的电流信号连接到电流采集模块，完成电机温度采集的硬件连接。

机头控制站即作为Profibus DP的子站与主站之间进行数据交换，该子站的Profibus DP地址为4，偏移地址为2000，为16字输入16字输出类型。即主站写入子站的数据在VW2000-VW2030的16个字中，主站读取子站的数据在VW2032-VW2062的16个字中，这样就实现了主从站之间的数据交换。

图3 子站配置

它又作为电流采集模块的Modbus主站［2］，对2台电机的10个温度信号进行实时采集。电流采集模块作为从站，它的从站地址为1，波特率为9600 Kbps，无校验，数据位为8，停止位为1，信号起始地址为40301每一个信号占用一个字。因此在PLC中插入Modbus主站模块设置好与从站相应的通信参数，将从 40301中读出的10个字传送到以VW1000开始的10个字中，这样完成两台电机温度信号的读取，通讯程序见图4。

图4 通讯程序

2.4 数据处理站

数据处理站位于操作室控制箱内，主要是读写主站内的所用工艺数据，并将这些数据发送给DCS控制系统，并且接收DCS系统的数据对主站进行控制。数据处理站的硬件主要由西门子224XP CPU和EM277 Profibus DP模块构成。

数据处理站作为Profibus DP的子站地址为5，偏移地址为1000，为32字输入32字输出类型。即主站写入子站的数据在VW1000-VW1062的32个字中，主站读取子站的数据在VW1064-VW1126的32个字中，这样就实现了主从站之间的数据交换。

数据处理站又作为Modbus从站，在PLC中插入Modbus从站模块，模式设置为1，地址设置为10，波特率设置为9600 Kbps，无校验，数据位为8，停止位为1，Modbus 40001的起始地址从VW1000开始，由于此子站的Profibus DP的起始地址与Modbus的起始地址都定义为VB1000，因此对此地址内的所有操作都是对应2种通讯内的参数变化，通讯程序见图5。

图5 通讯程序

2.5 Modbus DCS 主站

艾默生DCS系统位于选矿厂的中央控制室，距离长距离胶带有800多m，主要是对长距离胶带进行远程监控，由DCS串口通讯卡和一对型号为UT-277SM的485转光纤的收发器加上光纤实现Modbus主站数据通讯。

硬件设置上通过在串口卡内设置相应的数字量输入、输出块和模拟量输入、输出块，并设置与子站相同的数据类型、波特率、奇偶校验、停止位、子站地址，这样才能实现与子站的通讯，最后进行相应的程序设计以便实现主站与子站的数据交换。

2.6 I/O控制部分

通过主站S7-300 PLC的I/O点，对2台西门子订货号为1P 6SL3351-1AG37-4DA1的G150变频器进行控制，从而带动2台电动机。2台电动机要同时对一条皮带进行驱动，但不能进行单独传动各出各的力，必须要使用主从控制，1台变频器作为主机，另1台变频器作为从机，从机接受主机的转矩信号进行传动。

3 结语

通过以上各个子站和主站的连接构成了整个胶带运输机的控制系统和总线网络，该系统有机地结合了Profibus和Modbus 2种总线网络，实现了整个控制系统数据的共享，程序的可扩展性较强，对子站的控制可直接在主站中进行程序修改就可实现，节约了大量的硬件费用，确保了控制系统的稳定性和可靠性。在提高生产效率、减少现场操作人员、提高安全性等方面取得了良好的效果。

［1］ 向晓汗，陆 彬.西门子PLC高级应用实例精解［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［2］ 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术［M］.3版.北京:机械工业出版社，2011.