PROFIBUS网络及HMI在煤矿皮带机集中控制中的应用

摘要:随着计算机科学的发展,自动化控制技术已渗透到各个领域。HMI能够模拟被控对象的具体过程来进行实时的监控。控制技术的发展提高了生产自动化的程度,控制系统的这种发展要求可编程控制器(PLC)具有分散控制的功能,因此远程连接和通信功能成为PLC的基本性能之一。文章主要针对S7-300/400工业通信网络中的PROFIBUS网络在皮带机集中控制中的应用及与HMI的组合的工程实例进行了简单介绍。

关键词:PROFIBUS网络;可编程控制器;集中控制;HMI;煤矿皮带机

中图分类号:TM921文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0055-02

随着计算机科学的发展,自动化控制技术己渗透到各个领域,同时,由于计算机科学领域中应用软件的飞速发展,对被控制系统进行实时的监控,已由最初的仪器仪表显示状况,发展到现代在人机界面来进行监视,HMI能够模拟被控对象的具体过程来进行实时的监控。控制技术的发展提高了生产自动化的程度,企业不但需要不同单元的生产设备之间能够相互交流信息使得生产现场设备之间能够互相配合,更需要从生产现场到工厂管理级进行信息交流实现生产级与管理级的信息共享,控制系统的这种发展要求可编程控制器 (PLC)具有分散控制的功能,因此远程连接和通信功能成为PLC的基本性能之一。文章主要针对S7-300/400工业通信网络中的PROFIBUS网络在皮带机集中控制中的应用及与HMI的组合的工程实例进行简单介绍。

一、PROFIBUS现场总线概述

PROFIBUS现场总线是一种开放式现场总线系统,符合欧洲标准和国际标准。PROFIBUS通信结构简单,传输速度很高且稳定,非常适合PLC与现场分散的I/O设备之间的通信。

PROFIBUS现场总线网路由主站设备、从站设备和通信介质组成,是一个多主站的典型通信网路。PROFIBUS现场总线网路可以支持PROFIBUS的第三方设备进行通信与多个从站直接通信,而且这些通信只需要通过硬件组态就可以实现,不依赖用户编写程序。

1.支持PROFIBUS协议的第三方设备都会有GSD文件,通常以*.GSD或*.GSE文件名出现,将此文件GSD安装到组态软件中就可以组态第三方设备从站的通信接口了。在皮带机集中控制工程实例开发中以DP-EM277通信为例说明PROFIBUS网络通信协议的应用。

2.在皮带机集中控制工程实例中使用的软件及硬件配置分别为:(1)软件:STEP7V5.4SIEM089D.GSD;(2)硬件:主站:CPU315-2DP(6ES7315-2AG10-0AB0);分站:EM-277和CPU226CN;(3)项目组态:1)新建一个项目“DP-EM277”并完成CPU及电源等硬件组态;2)PROFIBUS-DP主站网络设置在硬件组态画面中,双击CPU的DP槽,将会出现DP属性界面一般选择其默认设置,点击确定即可;3)PROFIBUS-DP从站网络设置,如果没有EM277的硬件,需要安装GSD文件。安装完成后会在硬件界面里找到EM277然后选中PROFIBUS总线双击EM277即可添加到PROFIBUS网络总线上。设置EM277的从站地址为3号站,这个站号应与EM277的拨码开关站号一致,或则会出现通信出错;4)在硬件组态界面,点击PROFIBUS总线上的EM277从站图标,将出现设置从站接口大小及地址窗口界面,然后在EM277硬件目录下选择I/O大小(16字输出/16字输入);5)在硬件组态界面,双击PROFIBUS总线上的EM277图标,设置S7-200CPU的接受和发送地址偏移量(地址偏移量为200)。S7-300与S7-200主站和从站发送与接收地址对应关系见表1:

表1S7-300与S7-200主站和从站发送与接收地址对应关系

S7-300(2号主站)对应关系S7-200(3号分站)

QW0………..QW30发→

送→接收VW200……….VW230

IW0…………IW30接收←发

←送VW232……….VW262

二、皮带机集中控制装置的配置及组成

根据用户的现行现场条件要求,本方案中选用XJD5/1140隔爆兼本质安全型PLC控制箱,主站PLC选用西门子S7-300,加以太网模块CP343-1进行以太网通讯,分站PLC选用西门子S7-200.THK-I型本质安全型控制台,组成电控系统的核心部件;外部配置相应的保护和传感器,形成皮带机电控系统。本方案中电控系统的主要特点有:采用德国西门子公司的S7-300/200PLC作为主控制器,运行稳定,扩展方便,而且组网方便、实用和可扩展,完全可以满足本项目的控制要求。电控系统具有较高的性价比,主站和分站控制箱间通过ProfiBus现场总线连接,主站通过以太网和调度进行数据交换。

在操作台中装有工业计算机(人机界面),LED指示灯,可以直观、方便的实时显示皮带机各种运行工况、故障信息等,通过计算机发送指令(人机界面)对皮带机进行控制。可以显示运行参数如:主电机电流、带速等以及所有设备的运行状态包括主电机、制动闸、皮带张紧、偶合器执行器位置状态等,还有皮带机的故障保护:拉线、跑偏、堆煤、纵撕、超温、烟雾、电机启动器故障、制动闸故障等。系统每一运行状态和参数都可以全面、清晰地给予显示,操作简便。

三、HMI(人机界面)

HMI(人机界面)采用MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏与PLC之间通信,形象逼真的动态画面和全中文显示,具有实时报警监视、安全确认机制和数据记录功能,故障自诊断等先进功能,可显示各胶带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、皮带速度、松闸故障、张紧故障、电机故障等系统运行参数、故障信号及历史故障查询。

1.控制台可实时监控设备状态和运行参数,并能够显示实时电流和速度数据曲线,同时也可实现历史曲线查询历史。

2.MCGSTPC显示界面可以在MCGS6.8软件中进行组态其组建工程分为以下过程:(1)工程项目系统分析:分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程,弄清系统的控制流程和测控对象的特征,明确监控要求和动画显示方式,分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系,分清哪些变量是要求与设备连接的,哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的;(2)工程立项搭建框架:MCGS称为建立新工程。主要内容包括:定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口(封面窗口退出后接着显示的窗口)名称,指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库,设定动画刷新的周期。经过此步操作,即在MCGS嵌入版组态环境中,建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后,再行建立;(3)制作动画显示画面:动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”,用户通过MCGS嵌入版组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库,在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性,与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系,作为动画图形的驱动源;(4)编写控制流程程序:在运行策略窗口内,从策略构件箱中,选择所需功能策略构件,构成各种功能模块(称为策略块),由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS嵌入版还为用户提供了编程用的功能构件(称之为“脚本程序”功能构件),使用简单的编程语言,编写工程控制程序;(5)编写程序调试工程:利用调试程序产生的模拟数据,检查动画显示和控制流程是否正确;(6)连接设备驱动程序:选定与设备相匹配的设备构件,连接设备通道,确定数据变量的数据处理方式,完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。

工程完工综合测试:最后测试工程各部分的工作情况,完成整个工程的组态工作,实施工程交接。

3.HMI人机界面(MCGS)与西门子PLC和三菱PLC之间通讯。

四、结语

本篇主要针对S7-300/400工业通信网络中的PROFIBUS网络在皮带机集中控制中的应用及与HMI的组合的工程实例进行简单介绍。在实际应用中容易出现的由于与不同PLC之间连接端口选择错误而通信失败最后给出了与三菱和西门子PLC连接的正确端口号设置,并详细介绍了HMI新建工程的一般步骤及本工程中皮带机集中控制装置的配置和组成。

作者简介:陈涛,淮北矿业集团朱庄矿保运二区副区长,助理工程师,研究方向:网络技术。