S7-400H 及WinCC监控系统在岚山港矿石码头应用

S7-400H 及 WinCC监控系统在岚山港矿石码头应用

符妙 钱杰

中交第三航务工程勘察设计院有限公司， 上海 200000

摘要： 随着中国经济的不断发展并且持续对基建等项目的大规模开设，表明未来中国对优质铁矿石的需求仍将增加。因此铁矿石生产商不得不加大并加快矿石加工力度，以满足国家对铁矿石资源的需求。工业自动化技术作为20世纪现代制造业最重要的技术之一，能够使生产更加稳定快速。于是在岚山港矿石码头项目中我们将工业自动化技术应用到实际生产当中，通过S7-400H 及WinCC构造的容错自动化系统,成功开发了岚山港矿石输送系统，采用容错自动化系统能够降低生产停机时间，提高工作效率。S7-400H 及WinCC监控系统在岚山港矿石输送系统系统中得到了很好的应用。

关键词：容错自动化系统；西门子S7-400H PLC；WinCC监控软件

0 引言

矿石在我国是不可或缺的元素，且对其需求量巨大。随着现代化的工业建设，对矿石的输送要求也日渐提高，对于矿石的安全性能和稳定性能都有更高的要求。所以为了更好，更快，更稳的对矿石进行输送，运用稳定，保证运输效率，岚山港矿石输送系统即采用了安全的工业软件和工业设备。选取西门子S7-400H PLC及WinCC监控软件产品构造一个安全，稳定的容错自动化监控系统。能够有效减少生产停机时间，使系统更加稳定可靠！

1 输送工艺

岚山港矿石输送控制系统主要工艺流程主要分为以下两类：

进场流程：货船→卸船机→皮带机→堆料机→堆场

出场流程：堆场→取料机→皮带机→管带机→钢厂

　　进场流程为卸船机的抓斗装置将矿石通过漏斗输送到皮带，皮带与皮带之间通过三通翻板将料运输到指定的皮带机上，皮带机与固定的堆料机搭配，最终将矿料送入指定的堆场。出场流程为将堆场上的货物通过取料机的斗轮取料装置取料至皮带机上，伸缩头以及分流器控制料流路线，不同的落料点进入不同的皮带机，到达不同的管带机，最终进入钢厂对原料进行加工。

2 控制功能

本系统主要完成的功能是根据矿石输送工艺的要求，在流程的操作当中，随料流方向逆序启动各设备、随料流方向顺序延时停止各设备以及故障停机、流程切换及控制系统操作、数据监控和信息管理等功能。

3 系统方案

本套矿石输送系统主要由可编程序控制器（西门子S7-400H PLC），监控操作站（采用WinCC软件开发的人机交互画面），管理工作站（PC）等组成。

根据系统的工艺特点我们采用两套冗余CPU，分别控制进场流程和出场流程。系统统一采用西门子品牌下的系列产品。其中，CPU 选用SIMATIC S7 400H系列冗余热备产品，本套冗余系统支持模块热插拔且能在系统正常运行期间对系统的硬件配置进行修改而不影响系统的正常运行，从而最大程度的保持系统的稳定。因为是冗余系统，当其中一个CPU发生故障等，另外一个CPU将无缝衔接来保证生产的运行。远程站选用SIMATIC ET200M系列产品。主站间及主站与远程站间的通讯均选用基于以太网的PROFINET协议。控制系统S7-400H PLC与监控操作站（采用WinCC软件开发的人机交互画面）通过普通网卡，建立冗余容错连接。

监控操作站采用西门子品牌下的软件WinCC，适合过程、生产流程、机器设备的可视化和操作员控制。此产品具备强大的过程界面和安全数据归档功能，可更好的满足生产需求，保证生产数据的安全稳定。

4 PLC编程

PLC编程软件我们采用的是西门子品牌的Step7软件进行开发。开发的过程中主要分为硬件配置、通讯连接、以及程序的编写等。

4.1 硬件配置

本套系统采用SIMATIC S7 400H系列冗余热备产品搭建容错自动化系统，能够减少生产停机时间，有利于生产的稳定运行。

硬件的组态主要是对S7-400H CPU、远程I/O站点、电源模块、通讯模块、各输入输出模块按照一定的规则进行组态，且需与现场的实际硬件的布置保持一致。同时组态期间还需对远程I/O站点的站点号（站点号之间不能冲突）以及各输入输出模块分配地址，且地址号之间不能冲突。

4.2 通讯连接

系统主要采用的是工业以太网进行通讯连接，连接主要分为四层。第一层为PROFINET TCP/IP通讯，即S7-400H CPU与管理工作站（PC）之间的通讯。在PC上安装“S7-REDCONNECT”软件后采用普通网卡新建容错的S7连接与容错系统建立稳定牢靠的通讯。

第二层为PROFINET I/0通讯，即S7-400H CPU与远程机架之间的通信。系统冗余是 IO 设备通过 PROFINET 建立的连接，每台 IO 设备与两个容错 CPU 之间均有通信连接。 任一CPU故障，整个系统仍可继续运行。

第三层为西门子S7通讯，即S7-400H CPU相互之间的通信。采用了冗余的S7-400H CPU，当其中任意一套CPU出现问题，并不会导致整个系统瘫痪，增加了系统的稳定性。

第四层为PROFIBUS DP通信，高压变频器、卸船机、堆料机以及取料机之间的通讯。通过选取西门子Y-LINK总线连接器模块，来配置与各设备的通讯连接，从而将这些需要通讯的设备集成到一个冗余自动化系统中。

4.3 程序编写

应用STEP 7编程软件构建程序，将程序分成单个、独立的程序段。将一个自动化过程分成单个任务。 结构化程序段，即程序块对应于这些单个任务。通过在操作系统循环调用 OB1 以及 OB1 调用的块中写入用户程序来进行循环程序处理编程。通过组织块（OB1）、功能块（FB、FC）、系统功能块（SFB、SFC）、数字块（DB）等模块之间的调用，实现系统中对卸船机、皮带秤、带式皮带机的数据采集和过程控制。

4 WinCC组态

此系统采用的组态软件为西门子品牌下的WinCC V7.3版本软件，可与其同品牌下的软件及硬件系统进行无障碍通讯。我们采用普通网卡并新建容错的S7连接与容错系统建立稳定牢靠的通讯。

监控操作站中的人机交互画面由用户登录、系统平面、工艺流程、设备监控、实时报警、历史趋势、等界面组成。

监控操作站主要实现的功能如下：

1）显示各设备状态、手/自动操作模式、设备参数等。

2）系统和设备的报警提醒及设备操作记录。

3）设备参数的存储，可生成实时趋势及历史趋势图可供查询。

4）设置账户密码，配置访问及操作权限，保证系统运行安全性能。

5 结语

本系统选购西门子西门子S7-400H PLC及WinCC监控软件产品，构造容错自动化系统,成功开发了岚山港矿石输送系统。 自该系统运行并投入生产以来，生产稳定可靠，工艺设备运转良好，各项指标均达到设计要求。系统自动化程度高，满足生产需求同时，减轻了人员工作量和劳动强度，节约了人力成本，获得业主方认可和肯定。

参考文献：

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[2]梁飞.基于西门子PLC与WINCC的锅炉除硫控制系统设计[J].冶金动力,2019(10)

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[4] 张浩,赖敏.西门子S7-400 PLC在冶金配料系统上的应用[J].机电信息,2020(02)