０引言
某矿业洗煤厂隶属于某矿业集团公司，是２０世纪５０年代设计建设的国有大型中央洗煤厂，年入洗能力为５００万ｔ，配煤能力为５００万ｔ。
配煤控制系统是该洗煤厂的重要组成部分，是由ＰＬＣ控制的由储煤、配煤和输煤３个部分组成的自动控制系统［１］，主要包括２４台称重控制器及２４台给煤机、变频器控制柜、工控机、Ｓ７－４００控制器。Ｓ７－４００控制器安装在控 制中心，工控机放置在配煤监控中心，Ｓ７－４００控制器与工程机之间采用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通信。配煤现场与控制中心距离为５０～５００ｍ，现场的称重控制器流量信号与变频器控制信号都从现场传输至Ｓ７－４００控制器的模拟量模块和开关量模块，现场所有设备的电源都是由控制中心引出。
系统主要存在以下问题：
（１）称重控制器测量的瞬时流量采用模拟量信号上传，误差较大；其次配煤现场线路较长，强弱电线路没有分开铺设，上传数据易受到干扰，系统不稳定，影响配煤质量；再者使用模拟信号只能上传瞬时流量，不能上传累计流量，使用原系统计算出的累计量存在较大的误差；另外称重控制器运行一段时间后，会出现零点漂移现象，导致瞬时流量出现负值，但模拟量不能上传负瞬时流量值，维护人员不能及时获得称重控制器的运行状态，影响配煤总量的计量。
（２）配煤系统变频器的控制信号（启、停信号、复位信号）使用变频器数字Ｉ／Ｏ接口加继电器方式控制，变频器的设定量与状态量（电流、频率、转速）使用变频器外部模拟Ｉ／Ｏ接口传输。配煤现场线路较长，强弱电线路没有分开铺设，变频器控制信号易受到干扰，影响控制效果（如给煤机或胶带出现不能集控停车的情况），继而影响配煤质量；系统中部分变频器不能调节到最大频率，不能保证生产任务；变频器故障信息不能反馈至监控中心，当变频器出现故障后，维护人员只能到现场才能获得变频器的故障信息，并且使用Ｉ／Ｏ端口进行控制和信息的传输，使用了大量电缆，维护难度较大。
（３）配煤现场与主控室距离较远，线路较长，数量较多，强弱电线路使用同一电缆桥，未分开敷设，电磁干扰较为严重，影响配煤过程系统的稳定性。
针对原配煤控制系统存在的问题，本文提出了基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ现场总线的配煤控制系统改造设计方案。使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ总线进行控制和通信不但可以提高系统的抗干扰能力，还可以提高系统的性价比，使原来的几百根控制电缆减少到一根总线电缆，不但降低了系统故障点数量，而且提高了系统维护的时效性。
１配煤控制系统改造设计
１．１配煤控制系统改造总体方案
基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ的配煤控制系统的拓扑结构如图１所示，原有控制室的控制站、控制网络保持不变，对配煤控制系统的变频器通信和称重控制器数据上传部分进行改造［２］。

系统改造完成后，配煤控制系统的变频器与控制室、称重控制器与控制室之间的数据信号全部经由光纤传输，不再受干扰。
１．２称重控制器数据上传部分的改造
称重控制器数据上传部分的改造的共分为３个部分：增加称重控制器数字通信模块；增加协议转换网关；通信链路改造［３］。
（１）增加称重控制器数字通信模块。原系统采用模拟量传输称重控制器数据，称重控制器没有数字通信能力，要实现称重控制器数据使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络传输，需要为其扩展一个数字通信接口。在参考称重控制器厂家提供的简易数字通信卡的基础上，开发了具有光电隔离、防静电、防雷击等功能的专用数字通信模块，将此模块插在称重控制器对应的数字插槽中，即为称重控制器扩展了一个ＲＳ４８５数字通信接口，使用相应的通信协议，即可实现与称重控制器的通信。
（２）增加协议转换网关。称重控制器数据传输协议为特殊的单主从通信协议，与配煤控制系统的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信协议不同，因此，需要为称重控制器数据上传部分增加协议转换网关，该网关既可以读取称重控制器数据，又可以与控制网络实现对接。为了保证数据传输速度和系统可靠性，每４台称重控制器使用１台协议转换网关。协议转换网关的核心控制器选用西门子Ｓ７－２００，Ｓ７－２００自带一个ＲＳ４８５通信接口，使用相应的通信协议即可通过该接口获取称重控制器数据（如瞬时流量、累计流量等）。为Ｓ７－２００扩展一个ＥＭ２７７模块，该模块为Ｓ７－２００提供一个Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线接口，使得协议转换网关作为一个从站直接接入配煤控制系统，从而实现配煤控制系统主站ＰＬＣ和称重控制器的数字通信。
（３）通信链路改造。协议转换网关与主站ＰＬＣ之间使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线连接。但是由于协议转换网关与主站ＰＬＣ二者之间距离较远，且强弱电信号未分开敷设，为消除信号传输过程的干扰，系统方案将此通信链路改造为光纤传输。
１．３变频器通信部分改造
配煤控制系统变频器通信部分改造内容主要包括：变频器通信改造；通信链路改造［４］。
（１）变频器通信改造。原配煤控制系统使用的变频器是ＡＣＳ－８００系列变频器。为每台变频器扩展一块支持Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ协议的专用适配器模块ＲＰＢＡ－０１，变频器即能以从站的形式加入到配煤控制网络中，实现变频器的总线控制与状态返回，通过总线方式还可以获取变频器的故
障信息，增加了变频器的远程维护功能。
（２）通信链路改造。为配煤控制系统的每台变频器铺设１路光纤通信链路，这些链路改造与称重控制器数据上传改造部分基本相同，区别在于变频器通信链路不需要协议转换网关。
２硬件组态配置及相关参数设置
２．１硬件组态配置
１）使用Ｓｔｅｐ７Ｖ５．４组态软件，进入ＨａｒｄｗａｒｅＣｏｎｆｉｇｕｒｅ，将ＲＰＢＡ－０１和ＥＭ２７７模块的ＧＳＤ（设备数据库）文件导入Ｓｔｅｐ７的编程环境中。点击ｏｐｔｉｏｎｓ－ｉｎｓｔａｌｌＧＳＤｆｉｌｅ将ＡＢＢ变频器和ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件导入Ｓｔｅｐ７中，如图２所示。ＧＳＤ文件可以从ｗｗｗ．ｐｒｏｆｉｂｕｓ．ｃｏｍ或从ＡＢＢ与ＳＩＥＭＥＮＳ网站下载，ＲＰＢＡ－０１的ＧＳＤ文件名为ＡＢＢ＿０８１２．ＧＳＤ，ＥＭ２７７的ＧＳＤ文件名为ＳＩＥＭ０８９Ｄ．ＧＳＤ。

（２）本系统选用ＣＰＵ４１４－４Ｈ为主站，默认地址为２。将ＡＢＢ变频器的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ适配器模块ＲＰＢＡ－０１和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ模块ＥＭ２７７组态到主站的ＤＰ网络上，本系统ＲＰＢＡ－０１模块使用的消息类型为ＰＰＯ４［５］，ＥＭ２７７模块通信方式选择６４ＢｙｔｅｓＯｕｔ／６４ＢｙｔｅｓＩｎ，根据设计完成各从站的地址设置和缓冲区映射。配煤控制系统硬件组态完成如图３所示。
２．２称重控制器数据上传部分硬件参数设置
由于系统中每台协议转换网关同时与４台称重控制器进行通信，因此，４台称重控制器需要设置不同的通信地址，以保证协议转换网关可以稳定读取每台称重控制器的配煤数据。
将硬件组态下载到ＣＰＵ４１４－４Ｈ主站系统后，连接好ＥＭ２７７与主站的通信电缆，需要根据硬件组态对ＥＭ２７７模块进行地址设置，以保证称重控制器数据正确稳定的上传。

２．３变频器硬件参数设置
完成变频器Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ适配器模块ＲＰＢＡ－０１的安装后，首先需要根据硬件组态对ＲＰＢＡ－０１模块进行地址设置，其次还需要设置变频器的通信参数。首先需要设置参数组９８．０２为ＦＩＬＥＤＢＵＳ，激活ＲＰＢＡ－０１通信卡模块；其次需要设置参数组９８．０７为ＡＢＢＤＲＩＶＥ，选择通信卡使用ＡＢＢ专用通信协议；第三需要设置变频器启停信号源、ＲＥＦ信号源以及５１．０５～５１．１２通信卡相关参数组；最后需要对９２．０２～９２．０６实际信号参数组进行相关设置，以保证变频器运行时参数的正确返回［６］。
为了保持系统原有的现场操作功能，实现系统的灵活性，本方案利用变频器的２个用户宏存储了２组不同的参数设定值，即集控参数与就地参数。集控参数组使用ＲＰＢＡ－０１模块实现变频器的控制与状态返回；就地参数组使用变频器外部Ｉ／Ｏ接口实现变频器的控制，使用ＲＰＢＡ－０１模块实现状态信号的返回。２种控制方式的转换只能通过现场的转换开关或变频器控制盘实现。
３结语
实际应用表明，改造后的配煤控制系统，控制与显示的数字瞬时流量数据与现场称重控制器屏显瞬时流量完全一致，消除了控制与现场数据的误差，监控中心能准确反映现场的配煤情况，控制过程更加稳定，提高了配煤质量；称重控制器累计量的返回为数据报表系统提供了数据参考，提高了数据报表能力；负瞬时流量的返回，使得称重控制器维护人员及时获得故障信息，提高了称重控制器维护的时效性。
变频器实现了完全集控控制，不再出现集控不能停车的情况，提高了系统可靠性；变频器的频率都能调节至最大值，保证了生产任务，提高了生产效率。
采用光纤实现数据上传与控制后，提高了称重控制器数据上传与变频器控制的可靠性，配煤质量得到保证；控制系统中的线路数量减少后，减少了系统中的故障点数量，提高了可靠性，同时系统的可维护性与故障解决的时效性也得到提高，提高了配煤控制系统的效率。
 

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