基于S7-300PLC与WinCC的煤矿装车站自控系统设计

　　摘要：本文以西门子S7-300PLC可编程序控制器和WinCC组态软件为主。详细介绍了云冈矿快速装车站自控系统的选型设计及应用。该集中自动控制系统构成灵活、性价比高，使用后稳定性好、运行安全、性能优良，完全满足快速装车站集中控制要求。
　　关键词：煤矿装车站，S7-300PLC，WinCC，设计
　　
　　0引言
　　云冈矿快速装车站始建于上世纪九十年代初。自控系统采用MODICON公司984-785PLC。由1个本地站和2个远程站组成。选用RG-6同轴电缆连接通讯。由于该系统元件老化，软故障频繁，模块不能升级换代，无替代产品等问题。影响到正常安全运行，因此需对原自控系统重新选型设计更换。
　　1装车站组成及工艺流程
　　1.1装车站组成
　　云冈矿装车站由9个产品筒仓、2个产品槽仓，76台振动给煤机，4部仓下皮带输送机，2部上仓皮带输送机，缓冲仓，定量仓，装车液压泵站系统，8片平板闸门，1片弧形闸门，4台皮带秤，21台料位计，1套定量称重传感器，4台除铁器，三级取样设备系统等组成。
　　1.2工艺流程
　　产品仓内煤经产品仓下给煤机（槽仓40台、筒仓36台）给入4部仓下皮带输送机（槽仓下平行布置2部、筒仓下平行布置2部），由仓下皮带输送机转入701上仓皮带输送机，然后转入702上仓皮带输送机，灌入缓冲仓。缓冲仓内的煤由仓下4对8片平板闸门（液压油缸驱动）向定量仓内配煤，定量仓由4台负荷称重传感器支承称重，达到车皮所需的设定吨数后，弧形闸门（液压油缸驱动）开启向车皮装煤。在装车过程中，三级取样系统按照要求不间断截取煤样。所有过程全部由PLC控制，自动给煤、输煤、配煤、定量、装载，自动取样。
　　工艺流程如下：
　　
　　图1装车站工艺流程图
　　2自控系统选型设计
　　整个装车站按照设备及控制要求，数字量输入点439点，数字量输出点168点，模拟量输入点21点，模拟量输出点2点。根据所需的I/O点数，中型PLC控制系统即可满足。在目前知名的PLC自动化产品中，西门子SIMATICS7-300PLC适合中小型控制系统要求，是一种通用的PLC，具有设计紧凑模块化、无风扇结构、循环周期短、处理速度快、无需电池备份、免维护、易于实现分布式配置以及易于掌握等特点，非常适合本装车站控制系统的要求。
　　2.1PLC控制系统选型构成
　　2.1.1自控系统需要完成的功能
　　系统发出装车指令后，集中启动，泵站开启，除铁器开启，皮带输送机逆煤流方向起车，仓下皮带开启后，对应的皮带称同时开启，设定所要开启的给煤机台数，由皮带称调节控制给煤机需开的台数，达到皮带机准许的设定煤量范围，如果煤流量超过设定范围，按顺序减给煤机台数，小于设定范围，增给煤机台数。缓冲仓料位计测定高度超过80%，停止仓下给煤机，少于80%，开启给煤机。车皮到位后，启动自动循环配煤，平板闸门自动配煤，由定量仓负荷传感器测定定量煤量，根据煤量控制8片平板闸门关闭顺序和数量，达到精确定煤。手动操控装车溜槽弧形闸门装车。整个过程实现自动配煤、自动定量。采集煤样与装车同时进行，根据装车时间确定取样的采集频率及煤量。每批车吨数随机连续自动打印。
　　2.1.2PLC硬件选型
　　根据所要完成的功能需求及装车站设备布置情况，本地站A、B主站和1＃、2＃从站设在控制室内，控制上仓皮带机、泵站、称重仪、取样设备、缓冲仓料位计等;分站3＃、4＃、5#、6#从站设在仓下转载站配电室，控制仓下皮带机、给煤机、除铁器、皮带称、仓上料位计等。硬件控制系统主要模块组成如下：
　　CPU模块CPU315-2DP6ES7315-2AG10-OAOB2块
　　电源模块PS3075A8块
　　通信模块CP341-16GK7343-1EX11-OXEO2块
　　接口模块IM153-2冗余组6块
　　数字量输入模块（16DI）6ES7321-1FHOO-OAAO28块
　　数字量输出模块（16DO）6ES7322-1BHO1-0AA011块
　　模拟量输入模块（8AI） 6ES7331-7KF02-0AB05块
　　模拟量输出模块（8AO）6ES7332-5HB01-0AB01块
　　通讯模块CP340（与称重仪通讯）1块
　　上位机采用三台PC工控机监控操作，集控室设置两台，用于操作员在监控画面操作及在线监控，调度值班室设置一台，用于值班员和工程师实时监控。
　　2.1.3编程软件选型
　　本系统选用适用于S7-300PLC的标准软件包STEP7BASISV5.4,具有汉化功能、实用易学。通过STEP7软件完成项目的创建、硬件组态、程序编写、下载组态信息和程序到PLC、在线调试，完成整个自动化项目。
　　2.2监控组态软件选型
　　组态软件是数据采集监控系统（SCADA）的软件平台工具，是基于PC实现人机对话（HMI）的工业应用软件的一个组成部分。西门子视窗控制中心SIMATICWINCC是HMI/SCADA软件中性能最全面、技术最先进、系统最开放的软件。本系统选用WINCC最新版本WINNCCV6.0.WINNCCV6.0采用标准MicrosoftSQLServer2000OV数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，与SIMATICS7系列PLC连接方便、通讯高效，与STEP7编程软件可紧密结合缩短项目开发周期，有对SIMATICPLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供方便。WINNCC基本系统是很多应用程序的核心，它包含变量管理器、图形编辑器、报警记录、变量归档、报表编辑器、全局脚本、文本库、用户管理器、交叉引用表等九大部件。
　　2.3通讯和网络组成
　　SIMATICNET是按照国际和国家标准，以ISO/OSI为参考模型，提供了各种开放的、应用于不同控制级别的工业环境的通讯系统。可满足不同的设备安放位置，不同的运行环境、不同自动化组件对通讯系统的要求。本系统主系统和备用系统与ET200M从站专用PROFIBUS通讯链路，其中本地站与远程分站间采用光缆传输，组成光电混合网络连接。通讯方式采用PROFIBUS-DP，具有传输速度快（19.2K～12Mbps）、数据量大（244B）以及良好的可扩展性等特点。PROFIBUS网络连接由PLC上的DP口（RS485接口）、带有终端电阻的PROFIBUS接头、PROFIBUS（屏蔽双绞线）电缆、OLM光纤模块、光纤连接头、光纤、光缆、光端盒等连接组成。主、备系统及上位机数据同步通讯链路选用工业以太网Ethernet，Ethernet网络连接由以太网适配卡（通信模块）CP343-1、RJ45接口、RJ45接头、网线、8口交换机、上位机上工业网卡CP1612等连接组成。

　　网络硬件配置图如下：
　　
　　图2自控系统网络硬件配置图
　　3应用体会
　　通过这一项目全过程的选型设计及调试应用，对SIMATIC性能特点有了深刻的认识。
　　1、西门子全集成自动化（TIA）技术，使用户从规划与设计、工程与实施，到安装与调试、运行与维护，以至系统升级改造，获得最高的生产力和产品质量，并显著降低项目成本。
　　2、S7-300PLC硬件可靠，安全实用，扩展模块齐全，功能强大，性价比高，气派，因此更适合机械行业配套。
　　3、结构化程序模式，程序结构清晰，精简，易读，编程灵活，能轻松实现复杂的功能。多种编程语言，多种中断，多种特殊功能模块，数据块，系统块。这些独特的性能为一般同类PLC所不具备，因此编程更加得心应手。
　　4、具有交叉参考表，符号表，数据表，状态图，强制功能，诊断功能，断点功能，PLCMIS等工具，调试极为方便，程序执行过程可视化。因此有利于测试程序，纠正错误，提高效率。
　　5、WinCC集中监控系统使得操作人员更便于管理，更易操作，更直观，更可靠。
　　4结束语
　　本自控系统经选型、设计、安装、调试顺利投入运行。整个自控系统组成简单、构成灵活、编程容易、监控直观。使用至目前，运行非常顺利，保证了系统无故障停机运行，提高了工作效率，降低了维护费用。该自控系统配置可广泛地推广到煤矿其它控制系统应用。
　　参考文献：
　　[1]SIEMENS.SoftwareRedundancyforS7-300PLC[M].2005.
　　[2]SIEMENS.西门子S7-300PLC[M].2005
　　[2]SIEMENS.西门子WinCCV6[M].2005

《基于S7-300PLC与WinCC的煤矿装车站自控系统设计》

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文章名称： 基于S7-300PLC与WinCC的煤矿装车站自控系统设计

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