图1 煤粉制备系统工艺流程图

　　原煤从堆煤场经提升机提升后送入原煤仓，通过原煤仓内部的荷重传感器计量后由圆盘喂料机送入煤磨。原煤在磨内借助热风机送来的热风进行烘干和粉磨，然后送入动态选粉机，不合格的粗粉送回磨头重新粉磨，细粉进入煤粉收尘器。收尘器收下的煤粉经双向螺旋输送机送至带荷重传感器的煤粉仓中，最后经过转子计量秤计量后送入窑头。

3、系统设计

　　系统设计采用分层分布开放式结构，运用PROFIBUS-DP现场总线、DCS组态和PLC控制等技术，组成分散控制、集中管理的分布式控制系统，在功能上分为3级，即底层PLC控制级、中间通讯级和上层管理与远程网络监控级，系统结构图如图2所示。

图2 系统结构图

　　3.1 硬件设计

　　底层PLC控制级由三台S7-300 PLC（从站）组成，主要完成对现场数据的采集、现场仪表、执行机构和变频器的控制。PLC通过主从式网络与中间通讯主站通讯，每个PLC都是一个独立的控制从站，可以完成数据采集、故障诊断、设备控制等控制任务，并且在主站或传输线路发生故障的情况下，可以自动进入就地控制模式。

　　在底层PLC控制级的基础上，设置一个通讯处理主站和一个数据服务器，采用PROFIBUS-DP现场总线连接。通讯处理主站作为主从式网络中的主站，拥有总线控制权。数据服务器进行整个系统的数据库管理，同时担当现场总线与以太网（Ethernet）之间的路由器。

　　上层管理与远程网络监控级由一台操作站计算机组成，通过Ethernet与数据服务器相连，共享数据与信息。数据服务器的信息通过Ethernet送到操作站，由操作站完成数据处理、诊断与故障报警，实时显示工艺流程、历史曲线图、实时曲线图、报警画面等。操作站还完成网络服务器的功能，将生产数据通过Internet进行传输，实现网络化远程浏览。
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　　3.2 软件设计

　　3.2.1 底层PLC控制级的软件设计
　　根据煤粉制备工艺流程的要求，底层PLC控制级的控制程序主体流程框图如图3所示。

图3 底层PLC控制级主体程序流程图

　　煤磨磨机的负荷控制是在综合了提升机、磨音和粉料回料量等要素的基础上，采用了模糊控制的方法来实现。其中模糊控制器的输入变量为回料量误差eh、磨音误差em、功率误差eσ，输出变量为控制变量u。

　　输入变量的模糊子集分别为：
　　eh为5级：｛负大，负小，零，正小，正大｝，记为｛NB，NS，ZO，PS，PB｝；
　　em为5级：｛负大，负小，零，正小，正大｝，记为｛NB，NS，ZO，PS，PB｝；
　　eσ为5级：｛负大，负小，零，正小，正大｝，记为｛NB，NS，ZO，PS，PB｝。
　　输出变量的模糊子集为：
　　u为5级：｛负大，负小，零，正小，正大｝，记为｛NB，NS，ZO，PS，PB｝。
　　对应的隶属函数eh、em、eσ 为梯形函数，u为高斯函数。解模糊方法采用加权平均法。

图4 故障诊断程序流程图

　　3.2.3 操作站的软件设计
　　操作站采用北京昆仑通态公司的工控组态软件MCGS 5.1通用版开发，可实现现场信号实时显示、控制参数调整;重要历史数据保存、多种曲线显示;信号报警及报表打印等。
　　根据工艺及设备的控制要求，编制了一系列的操作站界面，其中包括启动界面、主工艺流程界面（图5）、分组启动界面（图6）、启动调试界面、报警界面、实时曲线界面、历史曲线界面和事件记录与报表界面等。

图5 主工艺流程图


图6 分组启动界面

　　整个系统软件具有较强的自诊断、冗余和纠错功能，通讯设备容错能力强;系统扩展性好，标准化的网络TCP/IP协议和SQL数据库有利于系统高层互连。

4、结 论

　　本系统采用组态化的控制思想，基于PROFIBUS现场总线的控制方式，并结合了PLC和DCS的优点，不仅克服了传统煤粉制备控制系统中的诸多不足，提高了生产效率和产品质量，而且拓展了系统的互联、互通、互操作性，深受用户欢迎。