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[摘要] 本文设计了基于西门子Simatic S7-400H系列冗余控制器的超远程带式输送机控制系统，整个系统由集控室、冗余的控制主站、冗余的控制分站、冗余的工业以太网光纤环网、冗余的Profibus现场总线组成，以集散型控制系统与远程分站相结合的形式对整个带式输送机进行控制。通过在实践中的成功应用，证明该控制方案完全能够实现对超远程带式输送机的控制，从而实现煤炭运输的自动化、智能化及控制与管理一体化。
[关键词] 西门子；S7-400H； PLC控制系统； 超远程带式输送机 ；工业以太网； 现场总线
中图分类号：TD528+.1 文献标识码：A
0 前言
为了解决煤矿到洗选发运基地的原煤运输问题，中煤集团山西金海洋能源有限公司建成一条超远程、大运量、环保节能型带式输煤专线。全厂15.5km，运量2700t/h，年输煤能力1500万吨。项目于2005年4月兴建，已与2007年12月正式竣工投运，该工程工况难度、科技含量及线路超长度堪称亚洲之最和世界领先水平。
1 控制系统要求
鉴于此带式输送机的超远程、高带速、大运量的特点，对控制系统的可靠性提出了更为严格的要求。为此，我们选用了德国西门子公司的Simatic S7-400H系列冗余控制器完成对整个系统的数据采集及控制。
本控制系统包括带有CP443-1的S7 414-4H CPU，SCALANCE X202-2（冗余环网）、 ET200M分布式I/O（Y-LINK连接转换器），WinCC6.0亚洲版以及带有冗余CP1613的SIMATIC IPC等产品。
2 系统结构
采用集散型PLC控制系统与远程分站控制系统相结合的形式，各控制主站均为S7 414-4H CPU，双CPU热备，集中控制室设两台上位机（操作员站或工程师站），一台打印机。上位机互为冗余热备。集控室上位机、八一煤矿控制站、201Z控制站、202T控制站、北周庄储煤场控制站四个PLC控制主站由百兆工业以太光纤冗余环网组成集散型PLC控制系统；设置201T、201W、202W三个远程控制分站，通过冗余的光纤Profibus现场总线与控制主站相连。
3系统功能
3.1 PLC控制系统功能
PLC系统与现场设备之间的信号传递主要有数字量、模拟量、PROFIBUS-DP通讯、Modbus RTU通讯数据四种，分别与不同类型的模块进行数据的交换。
数字量模块：对辅助设备如：制动器、张紧装置、油泵、电机风机、给煤机等的启停控制，以及这些辅助设备的运行状态、手自动操作状态、故障报警的显示等。
模拟量输入模块：主要接入电机线圈温度、油温、张力传感器等。
模拟量输出模块：给煤机变频器的速度给定。
PROFIBUS-DP通讯：控制驱动变频器，通讯内容包括各个变频器状态、变频器的速度实际值、速度给定值、转矩实际值、转矩给定值以及对变频器的各种控制数据信息。
Modbus RTU通讯：在皮带沿线设置跑偏、打滑、急停、堆煤、烟雾、温度等皮带保护，各保护开关信号通过CAN总线传入总线控制器，PLC再通过CP341模块以Modbus RTU通讯协议读取总线控制器中的各皮带保护的数据。另外，通过Modbus RTU通讯协议读取皮带秤的数据，获得皮带瞬时流量以及累计流量。
3.2控制程序编程软件STEP7
西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，并可进行硬件配置与网络的组态，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行控制程序的编程操作。
在STEP 7 中首先要对本工程的硬件进行组态，生成一个与实际硬件系统完全相同的系统，配置各个站的机架和模块，并给各硬件组成部分的参数进行赋值；其次，要组态系统网络，配置工业以太网和Profibus网络。硬件组态确定了输入/输出变量的地址，为编制控制程序打下了基础。
3.3集中控制室监控软件
3.3.1 WinCC组态软件
WinCC 是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理（SCADA）系统，它是结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物。
WinCC 具有传统的HMI 任务和许多省时特性；WinCC 提供向导快速开发和方便维护项目，从而使用户在项目实施的所有阶段节约时间和成本。
3.3.2 监控画面功能：
在本项目的监控系统中，集控室监控计算机将分系统动态显示带式输送机所有设备工作状态，并对所有的运行数据进行实时的显示、存储。并做为自动过程控制系统的人机接口。
画面的结构为一个总画面，多个分系统画面。总画面为整个工艺流程总览画面，从中可以看到各个主要设备的状态，其中有报警显示条、登陆运行系统按钮、退出运行系统按钮、控制系统自动启停的按钮、切换到其他分流程画面的按钮、报警确认按钮以及切换到趋势图的按钮等。点击其设备或按钮可进入本设备的详细分系统画面。
4 结语：
基于西门子Simatic S7-400H系列冗余控制器的带式输送机控制系统，集监测、控制、监视、保护和管理功能于一體，实现煤炭运输的自动化、智能化及控制与管理一体化。该系统在超远程带式输送机上的成功应用，引起各界对此项目的高度重视。目前这条输煤专线已经为企业创造了巨大的经济与社会效益，体现在以下几方面：
该带式输煤专线吨煤运输成本是公路车辆运输成本的42%，输煤专线成本11.93元/吨，而公路运输成本为28.35元/吨，吨降成本16.42元。按年输煤1000万吨计算，全年可节约运费1.642亿元，两年内即可收回该项目的全部投资，经济效益明显，竞争优势突出。
通过建设这条现代化的输煤专线，使煤炭生产基地与洗选发运基地融为一体，产运同步，资源衔接，彻底改变了过去公路运输道路不畅、车辆拥挤、以及气候干扰等因素造成的运力不足。从根本上解决了企业煤炭产运销一体化发展的瓶颈问题，实现了运煤集约化，提升了输运效率。
该专线年输煤能力1000万吨，每年可减少运煤车辆37万多车次，节约燃油费9750多万元。同时，全年能减少车辆运煤过程中原煤的抛洒路损约16万吨。并且这个项目全线实施了彩钢板全程全封闭的清洁运行，避免了车辆运输煤尘飞扬给环境造成的污染，以及车辆运输时产生的灰尘和尾气排放的污染。
参考文献：
[1] 胡穗延. 用PLC 实现的一种集散型控制系统[J].工矿自动化，2000 （04）：22-23.
[2] SIMATIC S7-300和M7-300可编程序控制器模板规范参考手册[M]. 西门子公司/2004
[3] S7-400 基于PROFIBUS总线的S7 单边通信（STEP7 v5.x）. 西门子公司/2004
[关键词] 西门子；S7-400H； PLC控制系统； 超远程带式输送机 ；工业以太网； 现场总线
中图分类号：TD528+.1 文献标识码：A
0 前言
为了解决煤矿到洗选发运基地的原煤运输问题，中煤集团山西金海洋能源有限公司建成一条超远程、大运量、环保节能型带式输煤专线。全厂15.5km，运量2700t/h，年输煤能力1500万吨。项目于2005年4月兴建，已与2007年12月正式竣工投运，该工程工况难度、科技含量及线路超长度堪称亚洲之最和世界领先水平。
1 控制系统要求
鉴于此带式输送机的超远程、高带速、大运量的特点，对控制系统的可靠性提出了更为严格的要求。为此，我们选用了德国西门子公司的Simatic S7-400H系列冗余控制器完成对整个系统的数据采集及控制。
本控制系统包括带有CP443-1的S7 414-4H CPU，SCALANCE X202-2（冗余环网）、 ET200M分布式I/O（Y-LINK连接转换器），WinCC6.0亚洲版以及带有冗余CP1613的SIMATIC IPC等产品。
2 系统结构
采用集散型PLC控制系统与远程分站控制系统相结合的形式，各控制主站均为S7 414-4H CPU，双CPU热备，集中控制室设两台上位机（操作员站或工程师站），一台打印机。上位机互为冗余热备。集控室上位机、八一煤矿控制站、201Z控制站、202T控制站、北周庄储煤场控制站四个PLC控制主站由百兆工业以太光纤冗余环网组成集散型PLC控制系统；设置201T、201W、202W三个远程控制分站，通过冗余的光纤Profibus现场总线与控制主站相连。
3系统功能
3.1 PLC控制系统功能
PLC系统与现场设备之间的信号传递主要有数字量、模拟量、PROFIBUS-DP通讯、Modbus RTU通讯数据四种，分别与不同类型的模块进行数据的交换。
数字量模块：对辅助设备如：制动器、张紧装置、油泵、电机风机、给煤机等的启停控制，以及这些辅助设备的运行状态、手自动操作状态、故障报警的显示等。
模拟量输入模块：主要接入电机线圈温度、油温、张力传感器等。
模拟量输出模块：给煤机变频器的速度给定。
PROFIBUS-DP通讯：控制驱动变频器，通讯内容包括各个变频器状态、变频器的速度实际值、速度给定值、转矩实际值、转矩给定值以及对变频器的各种控制数据信息。
Modbus RTU通讯：在皮带沿线设置跑偏、打滑、急停、堆煤、烟雾、温度等皮带保护，各保护开关信号通过CAN总线传入总线控制器，PLC再通过CP341模块以Modbus RTU通讯协议读取总线控制器中的各皮带保护的数据。另外，通过Modbus RTU通讯协议读取皮带秤的数据，获得皮带瞬时流量以及累计流量。
3.2控制程序编程软件STEP7
西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，并可进行硬件配置与网络的组态，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行控制程序的编程操作。
在STEP 7 中首先要对本工程的硬件进行组态，生成一个与实际硬件系统完全相同的系统，配置各个站的机架和模块，并给各硬件组成部分的参数进行赋值；其次，要组态系统网络，配置工业以太网和Profibus网络。硬件组态确定了输入/输出变量的地址，为编制控制程序打下了基础。
3.3集中控制室监控软件
3.3.1 WinCC组态软件
WinCC 是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理（SCADA）系统，它是结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物。
WinCC 具有传统的HMI 任务和许多省时特性；WinCC 提供向导快速开发和方便维护项目，从而使用户在项目实施的所有阶段节约时间和成本。
3.3.2 监控画面功能：
在本项目的监控系统中，集控室监控计算机将分系统动态显示带式输送机所有设备工作状态，并对所有的运行数据进行实时的显示、存储。并做为自动过程控制系统的人机接口。
画面的结构为一个总画面，多个分系统画面。总画面为整个工艺流程总览画面，从中可以看到各个主要设备的状态，其中有报警显示条、登陆运行系统按钮、退出运行系统按钮、控制系统自动启停的按钮、切换到其他分流程画面的按钮、报警确认按钮以及切换到趋势图的按钮等。点击其设备或按钮可进入本设备的详细分系统画面。
4 结语：
基于西门子Simatic S7-400H系列冗余控制器的带式输送机控制系统，集监测、控制、监视、保护和管理功能于一體，实现煤炭运输的自动化、智能化及控制与管理一体化。该系统在超远程带式输送机上的成功应用，引起各界对此项目的高度重视。目前这条输煤专线已经为企业创造了巨大的经济与社会效益，体现在以下几方面：
该带式输煤专线吨煤运输成本是公路车辆运输成本的42%，输煤专线成本11.93元/吨，而公路运输成本为28.35元/吨，吨降成本16.42元。按年输煤1000万吨计算，全年可节约运费1.642亿元，两年内即可收回该项目的全部投资，经济效益明显，竞争优势突出。
通过建设这条现代化的输煤专线，使煤炭生产基地与洗选发运基地融为一体，产运同步，资源衔接，彻底改变了过去公路运输道路不畅、车辆拥挤、以及气候干扰等因素造成的运力不足。从根本上解决了企业煤炭产运销一体化发展的瓶颈问题，实现了运煤集约化，提升了输运效率。
该专线年输煤能力1000万吨，每年可减少运煤车辆37万多车次，节约燃油费9750多万元。同时，全年能减少车辆运煤过程中原煤的抛洒路损约16万吨。并且这个项目全线实施了彩钢板全程全封闭的清洁运行，避免了车辆运输煤尘飞扬给环境造成的污染，以及车辆运输时产生的灰尘和尾气排放的污染。
参考文献：
[1] 胡穗延. 用PLC 实现的一种集散型控制系统[J].工矿自动化，2000 （04）：22-23.
[2] SIMATIC S7-300和M7-300可编程序控制器模板规范参考手册[M]. 西门子公司/2004
[3] S7-400 基于PROFIBUS总线的S7 单边通信（STEP7 v5.x）. 西门子公司/2004