隨著電解煙氣凈化系統(tǒng)的擴(kuò)容改造，凈化物料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)為濃相輸送系統(tǒng)，原有的供風(fēng)量不能滿足濃相輸送系統(tǒng)的工藝要求，為保障該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，配套建立空氣壓縮站供風(fēng)系統(tǒng)，為濃相輸送系統(tǒng)及煙氣凈化系統(tǒng)提供穩(wěn)定、干凈的風(fēng)源。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求，配置4臺(tái)LU315～500 W 81 m 3 /min系列螺桿式空氣壓縮機(jī)、3臺(tái)干燥器及1套循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。提出了一種基于Profibus現(xiàn)場總線的通信控制系統(tǒng)，采用Modbus通信協(xié)議，選用S7－300可編程序控制器，設(shè)計(jì)出一套鋁電解煙氣凈化自動(dòng)供風(fēng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)需要起動(dòng)或加載空氣壓縮機(jī)以保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，增加了自動(dòng)監(jiān)控界面，提高了自動(dòng)化控制水平。

　　供風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景

　　1. 空氣壓縮機(jī)的控制原理

　　設(shè)備開機(jī)后，系統(tǒng)首先對空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行條件進(jìn)行檢查，當(dāng)冷卻水壓力、空氣壓縮機(jī)分離油罐內(nèi)油壓滿足要求時(shí)，空氣壓縮機(jī)起動(dòng)，其電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式均采用Y－△起動(dòng)方式，Y－△起動(dòng)延時(shí)5 s.

　　起動(dòng)后，儲(chǔ)氣罐開始充氣，在儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定值0.8 MPa時(shí)空氣壓縮機(jī)減荷閥關(guān)閉，空氣壓縮機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力下降到0.7 MPa時(shí)，減荷閥打開，空氣壓縮機(jī)加載運(yùn)行，再次進(jìn)行充氣。

　　2. 系統(tǒng)控制方式

　　空氣壓縮機(jī)自帶施耐德小型PLC Twido系列TWDLCAA24DRF控制器，采用TWDALM3LT及TWDAMM3HT型號的2個(gè)模擬量模塊，1個(gè)TWDDMM8DRT擴(kuò)展單元可以連接0～10 V或4～20 mA信號。施耐德小型控制器采用一個(gè)可接標(biāo)準(zhǔn)信號的模擬量模塊TWDAMM3HT來采集溫度和壓力信號，而不使用變送器，控制方式是通過模擬量輸出給PT100提供一個(gè)4 mA的恒流源，再通過具體的算法把所測得的溫度信號線性化，即可得到想要的溫度值，采用這種方法，可達(dá)到1℃的精度。人機(jī)界面采用MODICON NEIA，可通過Modbus連接到Twido PLC，并帶有RS485接口可與上位機(jī)通信，在上位機(jī)控制界面上監(jiān)控所要控制的參數(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程起動(dòng)、停止及故障報(bào)警。空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，保護(hù)功能有缺相保護(hù)、電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)等。

　　控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)SIMATIC S7采用上位機(jī)軟件WinCC作為操作和監(jiān)控的人機(jī)界面，以空氣壓縮站為主站，空氣壓縮站PLC控制系統(tǒng)采用S7－300 PLC.現(xiàn)場設(shè)備4臺(tái)6.3 kV 450 kW螺桿式空氣壓縮機(jī)，3臺(tái)微熱式干燥器作為從站。每臺(tái)空氣壓縮機(jī)都配有施耐德Twido PLC，通過Twido PLC控制器的操作面板，操作人員可就地控制單臺(tái)空氣壓縮機(jī)的起停、查看運(yùn)行狀況及設(shè)置運(yùn)行參數(shù)等?？諝鈮嚎s機(jī)Twido PLC控制器、干燥器都帶有一個(gè)RS485通信接口，支持Modbus RTU協(xié)議，為實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)組的集中監(jiān)控提供了條件。空氣壓縮站循環(huán)水作為空氣壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)，通過Profibus－DP與空氣壓縮站PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行串行通信，傳輸速率為1.5 Mbit/s，通過Modbus RTU協(xié)議與主站PLC進(jìn)行通信，傳輸速率為187.5 Kbit/s.在主D從系統(tǒng)中，主站與從站采用主D從程序?qū)崿F(xiàn)通信，主D從系統(tǒng)允許主站當(dāng)前有權(quán)發(fā)送、存取指定給它的從站設(shè)備，主站可以發(fā)送信息給從站或從從站獲取信息，PLC程序主要進(jìn)行組織、監(jiān)視和協(xié)調(diào)等方面的工作。

　　供風(fēng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　空氣壓縮站PLC主站控制系統(tǒng)選用西門子S7－300系列CPU315－2DP，1塊PS307電源模塊，2塊SM321數(shù)字量輸入模塊，3塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM322數(shù)字量輸出模塊和1塊CP341通信模塊。CP341通信模塊通過RS485接口與4臺(tái)空氣壓縮機(jī)和3臺(tái)干燥器進(jìn)行Modbus通信，操作員站通過CP5611通信卡與主站PLC的CPU和循環(huán)水控制系統(tǒng)的CPU進(jìn)行Profibus－DP通信，采集各種現(xiàn)場信號，在操作員站上集中進(jìn)行監(jiān)視和控制。

　　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1. CP341通信模塊的應(yīng)用

　　本系統(tǒng)選用CP341通信模塊，使用集成在CP341內(nèi)的ASCII Driver通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)Modbus Master/Slave RTU協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的通信，它是西門子S7－300系列PLC中的串行通信模塊，具有1個(gè)串行通信接口RS422/485，速率9 600 bit/s.該系統(tǒng)選擇RS485接口通信模板，RS485傳輸報(bào)文內(nèi)容以字節(jié)為單位，在信道中的傳送順序是：低字節(jié)先送，高字節(jié)后送。字節(jié)內(nèi)低位先送，高位后送。

　　采用RS485 Modbus RTU通信方式，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號、數(shù)據(jù)區(qū)及讀寫指令等信息，供CP341模塊所連接的從站設(shè)備鑒別數(shù)據(jù)包是發(fā)給哪個(gè)站的，以及該數(shù)據(jù)包是對哪個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ堋P341用功能塊FB7（P－RCV－RK）接收數(shù)據(jù)，用FB8（P－ SND－RK）發(fā)送數(shù)據(jù)，在用戶程序中，F(xiàn)B7/FB8分別有一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，F(xiàn)B7/FB8是無條件調(diào)用的，數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收可以是循環(huán)的，也可以是時(shí)間驅(qū)動(dòng)的。

　　2. Modbus通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

　　通信協(xié)議采用單主多從站結(jié)構(gòu)的Modbus協(xié)議，CP341選用Modbus的RTU格式通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)CP341與1＃～4?？諝鈮嚎s機(jī)電腦控制器、1?！?＃干燥器PLC的串行通信設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。要實(shí)現(xiàn)Modbus通信，需要在CP341模塊上插入相應(yīng)協(xié)議的硬件狗Dongle（6ES7 870－1AA01－0YA0），就可作為主站，CP341模板才能夠支持Modbus協(xié)議，CP341模塊可以同時(shí)與多臺(tái)空氣壓縮機(jī)、干燥器串行通信設(shè)備進(jìn)行通信。

　　3. 通信參數(shù)的設(shè)置

　　先對通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在硬件組態(tài)窗口中雙擊CP341模板，打開CP341模板的屬性窗口，記錄模板的硬件地址256，在編寫通信程序時(shí)，需要該地址參數(shù)。再單擊屬性窗口上的Basic Parameters按鈕，選擇所要使用的通信協(xié)議，選用Modbus Master協(xié)議。雙擊信封圖標(biāo)彈出Modbus Master協(xié)議通信參數(shù)設(shè)置窗口，在Interface選項(xiàng)中，設(shè)置9 600 bit/s，8 data bit，1 stop bit， even parit.選擇RS485接線，電壓R（A）為0 V，R（B）為5 V，確定后下載驅(qū)動(dòng)。對硬件組態(tài)存盤編譯，下載硬件組態(tài)，如果此時(shí)SF燈亮，將通信電纜與另一個(gè)通信伙伴進(jìn)行連接后，SF燈熄滅，說明硬件組態(tài)正確。

　　4. 控制程序設(shè)計(jì)

　　程序的設(shè)計(jì)思路是：CP341模塊設(shè)置為總線的主站通信模塊，4個(gè)Twido PLC和3個(gè)S7－200 PLC設(shè)置為從站，每個(gè)從站分配**的地址，主站和從站的通信速率統(tǒng)一設(shè)定為1.5 Mbit/s.工作時(shí)采用命令/應(yīng)答的通信方式，每一種命令幀都對應(yīng)著一種應(yīng)答幀，Modbus協(xié)議為命令幀定義了許多功能碼，不同的功能碼要求從站進(jìn)行不同的響應(yīng)。CP341模塊發(fā)出功能碼命令幀，與地址匹配的PLC就會(huì)作出響應(yīng)，將存儲(chǔ)在寄存器中的空氣壓縮機(jī)運(yùn)行信息（壓力、壓差、溫度、電壓、電流、載荷狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、故障信息等）組成應(yīng)答幀發(fā)送至CP341模塊，重復(fù)上述過程，CP341模塊即可實(shí)現(xiàn)輪詢采集空氣壓縮機(jī)組的運(yùn)行信息。主站PLC采用輪詢方式讀寫從站數(shù)據(jù)，在OB1中調(diào)用Modbus程序塊FB7（P－RCV－RK）、FB8（P－SND－RK）。

　　在程序中，LADDR為硬件地址256，先做DB數(shù)據(jù)塊，一個(gè)從站對應(yīng)一個(gè)DB發(fā)送數(shù)據(jù)塊和一個(gè)DB接收數(shù)據(jù)塊。控制系統(tǒng)共有七個(gè)從站，如：1＃從站發(fā)送數(shù)據(jù)塊為DB1，接收數(shù)據(jù)塊為DB11；2＃從站發(fā)送數(shù)據(jù)塊為DB2，接收數(shù)據(jù)塊為DB12，依此類推做七個(gè)對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。在OB1中應(yīng)用定時(shí)器做一個(gè)600 ms時(shí)間脈沖，脈沖寬度為70 ms，用于觸發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)塊FB8，再調(diào)用一個(gè)計(jì)數(shù)器對發(fā)送的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，范圍為0到8，如果計(jì)數(shù)值大于等于8就歸為0，用計(jì)數(shù)器的數(shù)值來對應(yīng)從站，如數(shù)值為1，將對應(yīng)1＃從站的DB發(fā)送數(shù)據(jù)塊塊號1和DB接收數(shù)據(jù)塊塊號11分別傳送到字MW300（發(fā)送DB塊塊號）和字MW302（接收DB塊塊號）。

　　結(jié)束語

　　該控制系統(tǒng)形成了具有動(dòng)態(tài)效果的監(jiān)控界面，自使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠，保證了煙氣凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定供風(fēng)。