導(dǎo)語：基于環(huán)形以太網(wǎng)洗煤廠計(jì)算機(jī)控制程序一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文依據(jù)某洗煤廠提供的洗煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)性能要求設(shè)計(jì)。目前原設(shè)備生產(chǎn)能力為150萬t/a，技術(shù)改造后為200萬t/a，結(jié)合該礦建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要工藝裝備均采用生產(chǎn)效率高、運(yùn)行可靠的先進(jìn)設(shè)備，但不具備遠(yuǎn)程管理監(jiān)控功能，無法實(shí)現(xiàn)集中管理。本文是在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的改造。

1洗煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型確定

當(dāng)前分布式計(jì)算機(jī)控制的類型有：集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

（1）集散控制系統(tǒng)（DCS-DistributedControlSystem）集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)。它以微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)功能上和地理上的分布控制，同時(shí)通過高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來，進(jìn)行集中監(jiān)視和操作，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的控制和優(yōu)化。DCS的設(shè)計(jì)原則是分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)；

（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem-FCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的新一代分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它采用了不同于DCS的“工作站-現(xiàn)場總線-智能儀表”結(jié)構(gòu)模式，降低了系統(tǒng)總成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此它是新一代的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；

（3）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（NetworkControlSystem）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)形成的反饋控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，被控制對象與控制器以及控制器與驅(qū)動(dòng)器之間是通過一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)平臺連接的。它是一種空間分布式系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)將分布于不同地理位置的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制器連接起來，形成閉環(huán)的一種全分布式實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)。它具有信息資源共享、易于擴(kuò)展、連接線數(shù)減少、效率高、易于維護(hù)、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。盡管NCS比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制方式具有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，使數(shù)據(jù)包在傳送的過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生排隊(duì)或碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲，從而使控制系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)滯，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其跟隨性。因此本系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場的條件，選擇了基于工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線控制方式。某洗煤廠生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。圖1洗煤廠生產(chǎn)工藝流程圖根據(jù)圖1可知，該選煤廠具有車間分散、設(shè)備分散，生產(chǎn)連續(xù)，各環(huán)相扣，數(shù)據(jù)多，處理量大的工藝流程特點(diǎn)，因而采用了基于光纖環(huán)網(wǎng)冗余的工業(yè)以太網(wǎng)+PROFIBUS現(xiàn)場總線+ROFINET總線的集中管理、分散控制的新一代分布式控制方式（即FCS）。

2洗煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組建

通過圖1對洗煤廠生產(chǎn)工藝的研究，統(tǒng)計(jì)出需要控制的系統(tǒng)包括集控樓集控室、動(dòng)篩車間、洗選車間、壓濾車間、篩分車間、原煤配電室和西泵房等幾個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用1臺總配電柜+1臺工作站+3套西門子S7-3003152DPPLC主站+3套ET200S分站+PROFIBUS現(xiàn)場總線+ROFINET總線+工業(yè)以太網(wǎng)控制?？紤]數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及需方的要求采用雙環(huán)自愈型工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式和冗余系統(tǒng)形成選煤廠環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，系統(tǒng)提供豐富的模塊多樣化設(shè)計(jì)，可支持熱插拔。

2.1現(xiàn)場總線PROFIBUS

PROFIBUS是一種不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的國際化、開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，用于現(xiàn)場設(shè)備層或工廠自動(dòng)化車間級監(jiān)控的數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS協(xié)議采用ISO/OSI模型的第1層、第2層和第7層（ISO/OSI模型的1～4層是面向網(wǎng)絡(luò)的，5～7層是面向用戶）。PROFIBUS為用戶提供了3種通信協(xié)議類型，即PROFIBUS－DP（DecentralizedPeriphery該總線成本低，速度高，用于分散式I/O的通信與現(xiàn)場設(shè)備級控制）、PROFIBUS－PA（ProcessAutomation該總線具有本征安全規(guī)范，適合于本質(zhì)安全的場合，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，為過程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)）、PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification，該總線是一個(gè)令牌實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)）。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbit/s~12Mbit/s任意選擇，因此PROFIBUS可適應(yīng)于不同控制對象和通信速率等要求，開放性好并且技術(shù)成熟，所以在該洗煤廠的車間級采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線作為現(xiàn)場設(shè)備級的分散的I/O通信。根據(jù)要求，在篩分車間配電室及原煤配電室設(shè)立一個(gè)ET200S遠(yuǎn)程I/O站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，ET200S是西門子PLC的遠(yuǎn)程模塊，通過西門子的PROFIBUS-DP總線將該ET200S作為子站掛靠在動(dòng)篩車間PLC控制分站，通過總線的形式將采集的現(xiàn)場信號和對現(xiàn)場的控制信號由PLC到ET200S子站上。在硬件組態(tài)中，需要將ET200S掛到DP總線上，同時(shí)定義該ET200下的模塊屬性，包括各模塊的地址以及各種屬性。同樣，在西泵房設(shè)計(jì)一個(gè)ET200M遠(yuǎn)程I/O站，通過西門子的PROFIBUS-DP總線接入洗選車間PLC控制分站。3套S7-300PLC采用PROFIBUS現(xiàn)場總線接口,并通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接入管控中心。

2.2工業(yè)以太網(wǎng)

雖然PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)是以ISO/OSI為參考模型，但其3~6層并未出現(xiàn)在PROFIBUS的通信棧中，而且各種現(xiàn)場總線之間雖可通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互換，但設(shè)備和裝置之間的操作性和互換性就幾乎不存在；現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)吞吐能力只適合于底層應(yīng)用層，對管理層因其對實(shí)時(shí)性要求非常高，現(xiàn)場總線滿足不了要求，因此采用功能更強(qiáng)大的工業(yè)以太網(wǎng)將洗煤廠現(xiàn)場控制系統(tǒng)聯(lián)接起來組成環(huán)形自愈網(wǎng)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度及可靠性。所謂工業(yè)以太網(wǎng)就是結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)開發(fā)出來的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。洗煤廠的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)如下：（1）基本類型按照以太網(wǎng)傳輸速率大致可分為4種：10Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)、100Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)、1Gbit/s工業(yè)以太網(wǎng)、10Gbit/s工業(yè)以太網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場及需方要求采用1Gbit/s工業(yè)以太網(wǎng)。（2）網(wǎng)絡(luò)硬件①傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接距離、數(shù)據(jù)安全、傳輸速率來確定，在工業(yè)以太網(wǎng)中常用的傳輸介質(zhì)有屏蔽雙絞線（TP）、工業(yè)屏蔽雙絞線（ITP）和光纖。因光纖有重量輕、不產(chǎn)生電磁干擾、不受雷電影響、不受電磁干擾、無屏蔽電流及無電氣接地問題等優(yōu)點(diǎn)，因此在本設(shè)計(jì)中采用光纖作為傳輸介質(zhì)；②工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在本系統(tǒng)中由于采用OLM光纖環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)的檢測采用載波偵聽多路復(fù)用的方式，使系統(tǒng)傳輸延時(shí)，可靠性降低，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可有效地改善系統(tǒng)的特性。本設(shè)計(jì)采用了MIER系列的以太網(wǎng)交換機(jī)。MIER-5428系列自愈環(huán)光纖交換機(jī)是由24個(gè)10/100Base–TX或10/100Base-FX/BX端口以及4個(gè)10/100/1000Base-TX或千兆SFP組合端口（1000Base-SX/LX/BX）組成。系統(tǒng)在重新組態(tài)時(shí)冗余倒換時(shí)間小于300ms，另可提供1個(gè)1000M以上聯(lián)口與核心交換機(jī)上聯(lián)。MIER-5428支持MR-Ring自愈環(huán)，適合用作中心端交換機(jī)，最大的特點(diǎn)是支持多組自愈環(huán)網(wǎng)，可由用戶自行設(shè)定自愈環(huán)的環(huán)路端口，與MIE-5210自愈環(huán)光纖交換機(jī)組成多個(gè)自愈環(huán)網(wǎng)，而4個(gè)千兆口可以將多臺MIER-5428組成千兆自愈環(huán)，保證多個(gè)中心交換機(jī)之間的千兆鏈路安全；③通信處理器工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器包括用在3臺S7-300站上的處理器CP343-1、PC機(jī)上的網(wǎng)卡CP1613，它們均提供了ITP、RJ45、AUI等以太網(wǎng)接口，以1000Mbit/s的速度將3臺PLC和PC連接至工業(yè)以太網(wǎng)上。

2.3PROFINET

PROFIBUS作為現(xiàn)場總線的一種，已經(jīng)在我國得到認(rèn)可，并廣泛應(yīng)用在各種場所，將TCP/IP技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)場總線是西門子近年來的成果，這就是PROFINET，它是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場總線，并得到了國際電子委員會(huì)（IEC）的認(rèn)可。采用PROFINET將集控室和現(xiàn)場聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)了管控一體化。PROFINET的物理層采用快速以太網(wǎng)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)），網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用IP/TCP/UDP技術(shù)。洗煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中既有對實(shí)時(shí)性沒有特別要求的過程參數(shù)設(shè)定值（如PID控制器的KP、KI、KD等參數(shù)設(shè)定），又有必須滿足實(shí)時(shí)性要求的過程采樣值，PROFINET對不同的應(yīng)用要求使用相應(yīng)的通信方案，解決了在同一個(gè)系統(tǒng)里有不同實(shí)時(shí)通信要求的問題。這是因?yàn)镻ROFINET采用IRT技術(shù)解決同步數(shù)據(jù)通信問題、采用SRT技術(shù)解決苛求時(shí)間數(shù)據(jù)通信問題、采用IP/TCP/UDP技術(shù)解決無苛求時(shí)間數(shù)據(jù)通信問題。

2.4ET200S控制方式

SIMATICET200S是西門子ET200分布式I/O系統(tǒng)的重要組成部分，它的按位模塊化、高度可擴(kuò)展性的優(yōu)勢使其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制場合。使用SIMATICS7-400/300控制器和ET200系列遠(yuǎn)程I/O所構(gòu)成的基于PROFIBUS-DP或PROFINET現(xiàn)場總線的解決方案，目前已經(jīng)成為眾多工程項(xiàng)目的經(jīng)典選擇。ET200S是一款防護(hù)等級為IP20，具有豐富的信號模塊，同時(shí)支持電機(jī)啟動(dòng)器，變頻器，PROFIBUS和PROFINET網(wǎng)絡(luò)的分布式I/O系統(tǒng)。SIMATICET200S同時(shí)支持PROFIBUS和PROFINET現(xiàn)場總線；擁有CPU314功能的集成PROFIBUSDP通訊口的IM151-7CPU和具有3個(gè)PROFINET接口的IM151-8PN/DPCPU接口模塊；可以擴(kuò)展最大7.5kW的電機(jī)啟動(dòng)器和最大4.0kW的變頻器；擁有豐富的診斷功能，包括斷線、短路和通道級的診斷功能；對于MODBUSRTU通訊功能，無需增加任何的選件即可完成；支持帶電熱插拔功能，使得在運(yùn)行情況下也可以輕松完成模塊的更換；同時(shí)提供包括集成光纖接口的PROFIBUS和PROFINET接口模塊；洗煤廠的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3結(jié)語

分析了洗煤廠的工藝流程，確定了該系統(tǒng)的控制類型；并通過分析工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS、PROFINET的特點(diǎn)，組建了關(guān)于環(huán)形以太網(wǎng)洗煤廠的FCS系統(tǒng)；提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善了系統(tǒng)的功能，使操作更加方便、透明；為洗煤廠的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一定的參考。