在焦化厂配煤炼焦生产工艺过程中，需要将各种不同的精煤如:肥煤、气煤、瘦煤、焦煤、贫煤等以适当比例配合成混合煤称之为自动配煤，它是整个焦化生产的一个重要环节，对生产高质量的焦炭、合理利用煤炭资源及生产成本控制具有重大意义。它可确保钢厂生产所需优质铁水对焦炭低硫高强度的要求，实现大型、高效、环保、节能的清洁生产目标。为使焦炉煤料的配比更加准确及系统可靠，实现自动配煤装置智能化、数字化、网络化，向企业级实时数据库和管理数据库提供准确的数据来源，为此在反复比较了多套当今市场流行的自动化方案基础上，项目后选择西门子SIMATIC自动化产品的解决方案。
2 系统工艺要求
2.1 工艺概述
每个储煤槽中的单种煤通过圆盘给料机均匀地落到定量给料机皮带上，称量和速度信号分别进入到控制系统，经过乘积运算处理计算出实际给料量，将实际给料量与设定的给料量不断进行比较输出两路PID控制信号，分别对圆盘给料机和定量给料皮带机进行双变频调速控制，使之地以恒定的期望给料速率出料，保持每台CFW给料流量的恒定，以确保所设定总配比的要求。自动配煤装置实现24套圆盘给料机、定量给料机的顺序起停、报警以及模拟量的输入、输出，实现系统全自动、半自动及手动的控制，完成不同原煤料混匀给料、煤比计算及配煤流量控制并实现配料系统与带式输送机的起停连锁。圆盘及定量给料皮带机原理如图1所示。
图1 圆盘及定量给料皮带机原理图
2.2 计量控制原理
CFW定量给料机主要分为四大单元:称重单元、皮带测速单元、积算控制单元、驱动单元,其中称重单元，皮带测速单元，驱动单元作为给料机的部件安装在机械本体上。
称重单元主要由计量托辊和两个应变式荷重传感器组成。称重传感器安装在高精度的平台上，其测量出输送带上物料的单位长度重量;皮带测速单元采用高精度脉冲编码器安装在从动滚筒轴端，通过滚筒转动产生脉冲信号，以上重量信号(毫伏级)及脉冲信号分别传送至积算控制系统。
2.3 工艺设备主要参数
物料粒度: 0～80mm
物料散密度: 800kg/m3
物料水分: 10～12％
给料方式: 圆盘给料
皮带驱动电机: 3.7kW 3φAC380V
圆盘驱动电机: 15kW 3φAC380V
给料机输送带宽度: 800mm
输送机能力范围: 10～100t/h
输送机速度: 0.1m/s～1m/s
配料秤系统精度: 优于0.5%
3 控制系统构成
3.1 系统总貌
整个自动配煤装置为生产现场无人化管理，所有的操作和监视均在中央控制室中进行，系统采用分布式计算机监控管理方式，主要由两套西门子S7-300PLC、两套WINCC V6.0监控软件及工控机、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型变频器、24台CFC-200回路调节控制器、3套OSM等控制单元构成一个基于100M光纤工业以太环网的SCADA系统。其中各关键装置如:PLC、变频器、调节控制器、分布式I/O之间数据传输采用Profibus-DP协议通讯方式，以确保高实时性和高动态响应要求，Profibus是能够以标准方式应用于所有领域并贯穿整个过程链的现场总线。这种系统架构充分利用发挥了西门子SIMATIC自动化产品的资源，具有高可靠性，强抗干扰能力和灵活的可扩充性，可独立完成对设备的数据采集，精度控制，监控连锁。上位机WINCC V6.0组态软件作为HMI，通过操作画面对实时数据进行监控，报警，实现生产工艺过程参数的实时曲线、历史趋势显示、报警记录、配方管理、产量统计、各类数据归档和安全连锁保护，同时通过VBA编程实现Excel报表输出、打印及预览等功能。系统需要监测重量、速度、位置、缺料、堵料、皮带打滑、电机启停、电流、转距和转速等一千多个模拟量I/O和数字量I/O控制点,具有48个PID闭环控制回路和2套远程监控系统操作站。整套系统通过光纤交换机进入Ethernet与焦业公司的其它焦化工艺段及厂级管理网进行衔接，达到管控一体化水平。自动配煤装置系统结构如图2所示。
图2 自动配煤装置系统图
3.2 系统配置
本系统24台配煤秤分为两个工艺段各为12台，每个工艺段控制单元由1个S7-315-2DP CPU主站(含1个本地扩展主站)及2个ET200M从站、12个CFC-200及6SE70变频器配带CBP2从站所组成，两个工艺段控制单元经光纤工业以太网进行互连，两台带有WinCC V6.0的工控机组成配煤系统操作员站，其中一台兼有工程师站功能。
(1) 硬件配置组成(2套控制柜)
控制系统主要采用西门子SIMATIC系列产品，其硬件主要配置如下:
工控机:ADVANTECH IPC-610、P4/2.8GHz/80Gb/512Mb/CP1613网卡/19'LCD 2套。
电源:SITOP电源 24VDC/10A 2个;PS307 24VDC/5A电源模块6套;UPS 3KVA在线式2套。
PLC:CPU 315-2DP 2套;SM 321 DI模板18块;SM 322 DO模板8块;SM 331 AI模板4块;CP343-1 以太网模板2块; CP342-5 DP模板2块;ET200M IM 153-1分布式接口模板4块。
(2) 驱动配置组成(8套变频柜)
变频器采用西门子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列产品，其产品配置如下:SIEMENS 6SE70234EC61 15kW 24台(控制圆盘驱动);SIEMENS 6SE70210EA61 4kW 24台(控制皮带驱动);Profibus-DP通讯板:CBP2 48块;变频操作面板:OP1S 2块;SITOP电源:380V AC/24VDC/10A 8个;驱动装置:SEW-EURODRIVE轴装式电机/减速机一体化装置 48套。
(3)网络及软件配置
OSM光纤交换机:TP22 6GK1105-2AE00 2套;TP62 6GK1105-2AB10 1套。
软件:STEP7 V5.3 1套;WINCC V6.0+SP3 RT 64K 2套;RC 64K1套;SOFTNET-S7 V6.2 2套。
(4) 称重部件配置
计量称重检测部件主要采用Yamato系列产品。
称重传感器:UB2-100kg 48个。
测速单元:LE-627 24套。回路调节控制单元:CFC-200C 24套。
自动标定驱动单元:ORIENTAL-MOTOR 2RK6GN 24套。
4 网络通讯
4.1 系统组成
根据本系统的网络通讯要求和特点，在设备层与控制层之间我们选用了Profibus-DP通讯方式，其优点是适合实时性要求高、多个从站设备位置分散、快速周期性数据交换等场合，每套SIMATIC S7-315-2DP CPU所集成的DP口作为分布式I/O ET200M(2套)和CFC-200回路调节控制器(12套)的DP1主站，另一路由扩展CP342-5模块作为DP2主站，连接SIMOVERT MASTERDRIVES矢量变频器 SIEMENS 6SE70+CBP2(24套从站)，以上两路Profibus-DP网络确保了配煤系统的综合精度、快速数据交换、同步响应、可靠性、故障诊断和维护等方面的总体性能要求。
控制层与信息层采用TCP/IP工业以太网通讯，CP343-1以太网模板使S7-300 PLC成为工业以太网的一个节点并通过Siemens OSM(开放存储数据管理平台)光纤交换机建立起PC站对控制层的访问通道，操作站/工程师站配置Siemens CP1613网卡通过专用双绞线与OSM连接，3台OSM交换机通过光纤连接构成一个100M环形的主网，工业以太网适用于大规模数据的交换和远距离传输，是目前实现自动化系统与计算机系统间通讯的理想选择。
4.2 OSM开放存储数据管理平台特点
(1) 通讯可靠，网络出错后可迅速重构(