０引言
某礦業洗煤廠隸屬於某礦業集團公司，是２０世紀５０年代設計建設的國有大型中央洗煤廠，年入洗能力為５００萬ｔ，配煤能力為５００萬ｔ。
配煤控製係統是該洗煤廠的重要組成部分，是由ＰＬＣ控製的由儲煤、配煤和輸煤３個部分組成的自動控製係統［１］，主要包括２４台稱重控製器及２４台給煤機、變頻器控製櫃、工控機、Ｓ７－４００控製器。Ｓ７－４００控製器安裝在控 製中心，工控機放置在配煤監控中心，Ｓ７－４００控製器與工程機之間采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡通信。配煤現場與控製中心距離為５０～５００ｍ，現場的稱重控製器K8凯发登录入口信號與變頻器控製信號都從現場傳輸至Ｓ７－４００控製器的模擬量模塊和開關量模塊，現場所有設備的電源都是由控製中心引出。
係統主要存在以下問題：
（１）稱重控製器測量的瞬時K8凯发登录入口采用模擬量信號上傳，誤差較大；其次配煤現場線路較長，強弱電線路沒有分開鋪設，上傳數據易受到幹擾，係統不穩定，影響配煤質量；再者使用模擬信號隻能上傳瞬時K8凯发登录入口，不能上傳累計K8凯发登录入口，使用原係統計算出的累計量存在較大的誤差；另外稱重控製器運行一段時間後，會出現零點漂移現象，導致瞬時K8凯发登录入口出現負值，但模擬量不能上傳負瞬時K8凯发登录入口值，維護人員不能及時獲得稱重控製器的運行狀態，影響配煤總量的計量。
（２）配煤係統變頻器的控製信號（啟、停信號、複位信號）使用變頻器數字Ｉ／Ｏ接口加繼電器方式控製，變頻器的設定量與狀態量（電流、頻率、轉速）使用變頻器外部模擬Ｉ／Ｏ接口傳輸。配煤現場線路較長，強弱電線路沒有分開鋪設，變頻器控製信號易受到幹擾，影響控製效果（如給煤機或膠帶出現不能集控停車的情況），繼而影響配煤質量；係統中部分變頻器不能調節到最大頻率，不能保證生產任務；變頻器故障信息不能反饋至監控中心，當變頻器出現故障後，維護人員隻能到現場才能獲得變頻器的故障信息，並且使用Ｉ／Ｏ端口進行控製和信息的傳輸，使用了大量電纜，維護難度較大。
（３）配煤現場與主控室距離較遠，線路較長，數量較多，強弱電線路使用同一電纜橋，未分開敷設，電磁幹擾較為嚴重，影響配煤過程係統的穩定性。
針對原配煤控製係統存在的問題，本文提出了基於Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ現場總線的配煤控製係統改造設計方案。使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ總線進行控製和通信不但可以提高係統的抗幹擾能力，還可以提高係統的性價比，使原來的幾百根控製電纜減少到一根總線電纜，不但降低了係統故障點數量，而且提高了係統維護的時效性。
１配煤控製係統改造設計
１．１配煤控製係統改造總體方案
基於Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ的配煤控製係統的拓撲結構如圖１所示，原有控製室的控製站、控製網絡保持不變，對配煤控製係統的變頻器通信和稱重控製器數據上傳部分進行改造［２］。

係統改造完成後，配煤控製係統的變頻器與控製室、稱重控製器與控製室之間的數據信號全部經由光纖傳輸，不再受幹擾。
１．２稱重控製器數據上傳部分的改造
稱重控製器數據上傳部分的改造的共分為３個部分：增加稱重控製器數字通信模塊；增加協議轉換網關；通信鏈路改造［３］。
（１）增加稱重控製器數字通信模塊。原係統采用模擬量傳輸稱重控製器數據，稱重控製器沒有數字通信能力，要實現稱重控製器數據使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ網絡傳輸，需要為其擴展一個數字通信接口。在參考稱重控製器廠家提供的簡易數字通信卡的基礎上，開發了具有光電隔離、防靜電、防雷擊等功能的專用數字通信模塊，將此模塊插在稱重控製器對應的數字插槽中，即為稱重控製器擴展了一個ＲＳ４８５數字通信接口，使用相應的通信協議，即可實現與稱重控製器的通信。
（２）增加協議轉換網關。稱重控製器數據傳輸協議為特殊的單主從通信協議，與配煤控製係統的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信協議不同，因此，需要為稱重控製器數據上傳部分增加協議轉換網關，該網關既可以讀取稱重控製器數據，又可以與控製網絡實現對接。為了保證數據傳輸速度和係統可靠性，每４台稱重控製器使用１台協議轉換網關。協議轉換網關的核心控製器選用西門子Ｓ７－２００，Ｓ７－２００自帶一個ＲＳ４８５通信接口，使用相應的通信協議即可通過該接口獲取稱重控製器數據（如瞬時K8凯发登录入口、累計K8凯发登录入口等）。為Ｓ７－２００擴展一個ＥＭ２７７模塊，該模塊為Ｓ７－２００提供一個Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線接口，使得協議轉換網關作為一個從站直接接入配煤控製係統，從而實現配煤控製係統主站ＰＬＣ和稱重控製器的數字通信。
（３）通信鏈路改造。協議轉換網關與主站ＰＬＣ之間使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ總線連接。但是由於協議轉換網關與主站ＰＬＣ二者之間距離較遠，且強弱電信號未分開敷設，為消除信號傳輸過程的幹擾，係統方案將此通信鏈路改造為光纖傳輸。
１．３變頻器通信部分改造
配煤控製係統變頻器通信部分改造內容主要包括：變頻器通信改造；通信鏈路改造［４］。
（１）變頻器通信改造。原配煤控製係統使用的變頻器是ＡＣＳ－８００係列變頻器。為每台變頻器擴展一塊支持Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ協議的專用適配器模塊ＲＰＢＡ－０１，變頻器即能以從站的形式加入到配煤控製網絡中，實現變頻器的總線控製與狀態返回，通過總線方式還可以獲取變頻器的故
障信息，增加了變頻器的遠程維護功能。
（２）通信鏈路改造。為配煤控製係統的每台變頻器鋪設１路光纖通信鏈路，這些鏈路改造與稱重控製器數據上傳改造部分基本相同，區別在於變頻器通信鏈路不需要協議轉換網關。
２硬件組態配置及相關參數設置
２．１硬件組態配置
１）使用Ｓｔｅｐ７Ｖ５．４組態軟件，進入ＨａｒｄｗａｒｅＣｏｎｆｉｇｕｒｅ，將ＲＰＢＡ－０１和ＥＭ２７７模塊的ＧＳＤ（設備數據庫）文件導入Ｓｔｅｐ７的編程環境中。點擊ｏｐｔｉｏｎｓ－ｉｎｓｔａｌｌＧＳＤｆｉｌｅ將ＡＢＢ變頻器和ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件導入Ｓｔｅｐ７中，如圖２所示。ＧＳＤ文件可以從ｗｗｗ．ｐｒｏｆｉｂｕｓ．ｃｏｍ或從ＡＢＢ與ＳＩＥＭＥＮＳ網站下載，ＲＰＢＡ－０１的ＧＳＤ文件名為ＡＢＢ＿０８１２．ＧＳＤ，ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件名為ＳＩＥＭ０８９Ｄ．ＧＳＤ。

（２）本係統選用ＣＰＵ４１４－４Ｈ為主站，默認地址為２。將ＡＢＢ變頻器的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ模塊ＥＭ２７７組態到主站的ＤＰ網絡上，本係統ＲＰＢＡ－０１模塊使用的消息類型為ＰＰＯ４［５］，ＥＭ２７７模塊通信方式選擇６４ＢｙｔｅｓＯｕｔ／６４ＢｙｔｅｓＩｎ，根據設計完成各從站的地址設置和緩衝區映射。配煤控製係統硬件組態完成如圖３所示。
２．２稱重控製器數據上傳部分硬件參數設置
由於係統中每台協議轉換網關同時與４台稱重控製器進行通信，因此，４台稱重控製器需要設置不同的通信地址，以保證協議轉換網關可以穩定讀取每台稱重控製器的配煤數據。
將硬件組態下載到ＣＰＵ４１４－４Ｈ主站係統後，連接好ＥＭ２７７與主站的通信電纜，需要根據硬件組態對ＥＭ２７７模塊進行地址設置，以保證稱重控製器數據正確穩定的上傳。

２．３變頻器硬件參數設置
完成變頻器Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ適配器模塊ＲＰＢＡ－０１的安裝後，首先需要根據硬件組態對ＲＰＢＡ－０１模塊進行地址設置，其次還需要設置變頻器的通信參數。首先需要設置參數組９８．０２為ＦＩＬＥＤＢＵＳ，激活ＲＰＢＡ－０１通信卡模塊；其次需要設置參數組９８．０７為ＡＢＢＤＲＩＶＥ，選擇通信卡使用ＡＢＢ專用通信協議；第三需要設置變頻器啟停信號源、ＲＥＦ信號源以及５１．０５～５１．１２通信卡相關參數組；最後需要對９２．０２～９２．０６實際信號參數組進行相關設置，以保證變頻器運行時參數的正確返回［６］。
為了保持係統原有的現場操作功能，實現係統的靈活性，本方案利用變頻器的２個用戶宏存儲了２組不同的參數設定值，即集控參數與就地參數。集控參數組使用ＲＰＢＡ－０１模塊實現變頻器的控製與狀態返回；就地參數組使用變頻器外部Ｉ／Ｏ接口實現變頻器的控製，使用ＲＰＢＡ－０１模塊實現狀態信號的返回。２種控製方式的轉換隻能通過現場的轉換開關或變頻器控製盤實現。
３結語
實際應用表明，改造後的配煤控製係統，控製與顯示的數字瞬時K8凯发登录入口數據與現場稱重控製器屏顯瞬時K8凯发登录入口完全一致，消除了控製與現場數據的誤差，監控中心能準確反映現場的配煤情況，控製過程更加穩定，提高了配煤質量；稱重控製器累計量的返回為數據報表係統提供了數據參考，提高了數據報表能力；負瞬時K8凯发登录入口的返回，使得稱重控製器維護人員及時獲得故障信息，提高了稱重控製器維護的時效性。
變頻器實現了完全集控控製，不再出現集控不能停車的情況，提高了係統可靠性；變頻器的頻率都能調節至最大值，保證了生產任務，提高了生產效率。
采用光纖實現數據上傳與控製後，提高了稱重控製器數據上傳與變頻器控製的可靠性，配煤質量得到保證；控製係統中的線路數量減少後，減少了係統中的故障點數量，提高了可靠性，同時係統的可維護性與故障解決的時效性也得到提高，提高了配煤控製係統的效率。
 

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