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【摘要】以丁集矿热电冷联供工程为例阐述在PCS7系统S7-400系列PLC与溴冷机控制系统、离心机控制系统、软化水控制系统及联合泵房控制系统等这些不同控制系统、不同通讯协议下通讯参数的设置、通讯数据的读取等。
【关键词】热电冷联供；PCS7；通讯设置
1、前言
煤矿热电冷联供工程是将瓦斯气发电、制冷和供暖技术整合在一起，对能源经行梯级利用，高品位能源（瓦斯气）用于发电，然后利用发电机组排放的低品位能源（烟气余热、热水余热）来制冷（供热），具有能源利用率高（能源综合利用率高达80%以上，最高可达90%）、经济效益高等优点。
煤矿热电冷联供系统不但解决了瓦斯直接排放造成的温室效应，而且通过瓦斯发电产生的余热来实现井下降温，改善井下工人工作条件，提高井下工人的工作效率，对煤矿安全生产和节约能源具有重要意义，煤矿也可大幅节约能源费用。
2、煤矿热电冷联供工程的构成及工艺流程
2.1构成
煤矿热电冷联供工程主要分为地面部分和井下部分，地面部分包括瓦斯输配系统、瓦斯发电系统、余热利用系统、地面制冷系统；井下部分主要由井下供冷系统组成。
2.2工艺流程
瓦斯气采用站外输送方式送入储气罐，储气罐依靠自身的压力将瓦斯气输送至发电站气体预处理系统，瓦斯经脱水、除尘、增压达到发电机组需求后输送给高浓瓦斯发电机组发电。发电机排出的高温烟气经余热锅炉产生0.8MPa的饱和蒸汽供溴化锂制冷机组制冷，溴化锂制冷机将18℃的井下降温回水温度降至5℃后进入离心式制冷机组进一步降温至2.5℃，再送至井下三腔硐室，经三腔冷媒分配器及二次循环泵输送到工作面空冷器, 实现井下降温。
3、集控系统结构及通讯设置
3.1集控系统结构
以丁集矿热电冷联供工程为例，集控系统根据矿井热电冷联供工程的特点，按照分散控制、集中管理的原则，选用西门子SMATIC PCS7系統构建整个控制系统。整个系统由现场控制层、集中控制层、调度管理层和与之对应的控制网络构成。控制管理层由地面制冷控制站（包含溴冷机控制分站、离心机控制分站、高压电气系统控制分站），瓦斯发电控制站（包含高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站），井下冷媒分配控制站（包含三腔冷媒分配器控制分站、冷媒管路控制分站）组成，详见图1。
3.2通讯接口设置
要想全面了解整个热电冷联供工程的运行工况，热电冷联供工程的集控系统必须采集各子系统的运行参数及报警信息，这些参数和报警信息可以通过硬接线和通讯两种方式接入集控系统。随机通讯技术的发展，越来越多的集控系统通过通讯的方式来采集子系统的运行参数及报警信息。要实现通过通讯方式采集数据，首先必须选择能够与子系统控制分站兼容的通讯接口及通讯协议，再对通讯参数进行设置，最终才能实现数据的采集。
丁集矿热电冷联供工程地面制冷控制站、瓦斯发电控制站、井下冷媒分配控制站中的控制分站均由设备厂家成套提供，有些控制分站可以提供多种通讯接口及通讯协议，有些控制分站只能提供一种通讯接口及协议。溴冷机控制分站采用西门子S7-200系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；离心机控制分站采用嵌入式系统，由高速单片机控制，能提供Modbus-RTU接口，通过转换模块将Modbus-RTU接口转换成Profibus-DP接口；高压电气系统控制分站采用高速单片机控制，能够提供OPC通讯方式；高浓瓦斯发电机组控制分站采用贝加莱PLC控制，能提供Profibus-DP接口和OPC通讯方式；气体预处理控制分站采用西门子S7-300系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；余热利用控制分站采用西门子S7-300系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；三腔冷媒分配器控制分站采用IPC控制，能够提供OPC通讯方式；冷媒管路控制分站采用西门子S7-200系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口。
PCS7系统作为新一代的控制系统，不但继承了原有PLC控制系统的优点，同时融合DCS系统的优点，能够提供多种通讯协议及通讯接口，且通讯协议更加开放和透明。因此，丁集矿热电冷联供工程集控系统在网络配置上，使用标准工业以太网和Profibus网络。溴冷机控制分站、离心机控制分站通过Profibus网络接入地面制冷控制站，高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站通过Profibus网络接入瓦斯发电控制站，冷媒管路控制分站通过Profibus网络接入井下冷媒分配控制站；地面制冷控制站、瓦斯发电控制站、井下冷媒分配控制站通过工业以太网接入地面集中控制室的两台冗余服务器，高压电气系统控制分站和井下三腔冷媒分配器控制分站由于只能提供OPC通讯方式，因此也通过工业以太网接入冗余服务器，这样就实现了热电冷联供工程中各子系统控制分站的接入，完成了以通讯方式采集数据的第一步。
3.3通讯参数设置
溴冷机控制分站、离心机控制分站、高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站、冷媒管路控制分站均通过Profibus网络接入上级控制站，现以溴冷机为例来说明Profibus-DP方式接入集控系统的通讯参数设置。高压电气系统控制分站、井下三腔冷媒分配器控制分站通过工业以太网以OPC通讯方式接入冗余服务器，现以三腔冷媒分配器控制分站为例来说明OPC通讯方式接入集控系统的参数设置。
（1）Profibus-DP方式
地面制冷控制站采用西门子S7-400系列PLC，溴冷机控制分站采用西门子S7-200系列PLC，在STEP7软件的硬件配置界面中将地面制冷控制站配置DP主站（Master），溴冷机控制分站配置成DP从站（Slave），从而实现主从站之间的数据交换，具体步骤如下：
首先，打开STEP7软件的HW-config（硬件组态）界面，按照设计先配置好地面制冷控制站的硬件，再把CP 443-5（Profibus-DP通讯模块）配置成主、从模式。 其次，鼠标左键点击“Operation”选项，选择其中的“Install GSD files”选项，弹出“Install GSD files”窗口，鼠标左键再点击“Browse”按钮，选择需要安装的溴冷机控制分站中S7-200通讯模块EM 277 PROFIBUS-DP的GSD文件，选中该文件点击“Install”按钮来安装GSD文件，安装完成后即可将EM277生成的模块配置到“PROFIBUS(3)‘这个’DP master system”。
最后，按照溴冷机厂家提供的I/O数据表中的数据地址进行地址偏移，然后再添加到EM277 PROFIBUS-DP在"DP master system"生成的功能块内，这样便实现了地面制冷控制站与溴冷机控制分站之间的数据交换。
（2）OPC方式
三腔冷媒分配器控制分站采用德国科维的KW ProVisIT 机器可视化软件，由于KW软件使用的通讯协议不是开放的工业以太网协议，因此地面集控室内冗余服务器上安装的WinCC软件无法直接与其进行OPC通讯，首先要在服务器内安装KW软件的客户端，客户端通过工业以太网读取三腔冷媒分配器控制分站内的运行参数，服务器内的WINCC软件再通过OPC通讯方式读取三腔冷媒分配器的运行参数。具体操作步骤如下：
首先，打开WinCC 项目管理器，找到"Tag Management" (变量管理器)，选中"Tag Management" (变量管理器)，单击右键，选择"Add New Driver"(添加新的驱动)。在打开的对话框中，选择"OPC.CHN"，点击打开按钮，添加驱动程序连接。
其次，添加一个该驱动程序与物理设备的连接。点击"Tag Management"点击"OPC"找到"OPC Groups" (OPCCHN Unit#1) ,點右键，选择"New Driver connection"，键入KW系统"OPC"名称，这样通讯驱动连接就完成了。然后指定系统参数，在"OPC Groups" (OPCCHN Unit #1) 点右键，选择"System Parameter",出现如下图的对话框，点击"Computer"按钮，输入本地计算机的名称，确定。
最后，鼠标左键点击"OPC条目管理器"中对应的计算机图标，选择" PCOS.OPC.20"（KW软件对应的OPC通道）条目，鼠标左键双击进入，出现变量组，从变量组中选择需要的变量，再点击“添加条目”键，完成。这样就实现了地面集控室中的服务器与井下三腔冷媒分配器控制分站之间的数据交换，详见图4。
4、结束语
煤矿热电冷联供工程多生产环节、多工艺流程，许多子系统又自带控制分站，且通讯接口及通讯协议多样，如果集控系统要按照工艺、电气方面的相关要求，实现瓦斯输送储配、高低浓瓦斯发电、余热制冷、矿井降温的集中管理和协调控制，达到地面瓦斯发电、余热制冷稳定，井下冷冻水流量和温度精确调节的目标，就必须及时准确地了解整个热电冷联供工程中各个生产环节工艺流程的运行参数，各种控制命令及时准确的发送至各控制分站，那么集控系统的通讯设置就显得尤为重要。只有事先了解各设备厂家成套提供的控制系统的通讯接口及通讯协议，才能在设计集控系统时选择合适的工控软件，合适的硬件配置及通讯网络，在集控系统调试时实现煤矿热电冷联供系统的控制要求，并在保证矿井安全生产的基础上创造良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子PCS7[M].北京:北京航天航空大学出版社, 2007
[2]唐聪,黄友锐.PCS7系统在煤矿热电冷联供工程中的应用[J].科技资讯,2010年04期
【关键词】热电冷联供；PCS7；通讯设置
1、前言
煤矿热电冷联供工程是将瓦斯气发电、制冷和供暖技术整合在一起，对能源经行梯级利用，高品位能源（瓦斯气）用于发电，然后利用发电机组排放的低品位能源（烟气余热、热水余热）来制冷（供热），具有能源利用率高（能源综合利用率高达80%以上，最高可达90%）、经济效益高等优点。
煤矿热电冷联供系统不但解决了瓦斯直接排放造成的温室效应，而且通过瓦斯发电产生的余热来实现井下降温，改善井下工人工作条件，提高井下工人的工作效率，对煤矿安全生产和节约能源具有重要意义，煤矿也可大幅节约能源费用。
2、煤矿热电冷联供工程的构成及工艺流程
2.1构成
煤矿热电冷联供工程主要分为地面部分和井下部分，地面部分包括瓦斯输配系统、瓦斯发电系统、余热利用系统、地面制冷系统；井下部分主要由井下供冷系统组成。
2.2工艺流程
瓦斯气采用站外输送方式送入储气罐，储气罐依靠自身的压力将瓦斯气输送至发电站气体预处理系统，瓦斯经脱水、除尘、增压达到发电机组需求后输送给高浓瓦斯发电机组发电。发电机排出的高温烟气经余热锅炉产生0.8MPa的饱和蒸汽供溴化锂制冷机组制冷，溴化锂制冷机将18℃的井下降温回水温度降至5℃后进入离心式制冷机组进一步降温至2.5℃，再送至井下三腔硐室，经三腔冷媒分配器及二次循环泵输送到工作面空冷器, 实现井下降温。
3、集控系统结构及通讯设置
3.1集控系统结构
以丁集矿热电冷联供工程为例，集控系统根据矿井热电冷联供工程的特点，按照分散控制、集中管理的原则，选用西门子SMATIC PCS7系統构建整个控制系统。整个系统由现场控制层、集中控制层、调度管理层和与之对应的控制网络构成。控制管理层由地面制冷控制站（包含溴冷机控制分站、离心机控制分站、高压电气系统控制分站），瓦斯发电控制站（包含高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站），井下冷媒分配控制站（包含三腔冷媒分配器控制分站、冷媒管路控制分站）组成，详见图1。
3.2通讯接口设置
要想全面了解整个热电冷联供工程的运行工况，热电冷联供工程的集控系统必须采集各子系统的运行参数及报警信息，这些参数和报警信息可以通过硬接线和通讯两种方式接入集控系统。随机通讯技术的发展，越来越多的集控系统通过通讯的方式来采集子系统的运行参数及报警信息。要实现通过通讯方式采集数据，首先必须选择能够与子系统控制分站兼容的通讯接口及通讯协议，再对通讯参数进行设置，最终才能实现数据的采集。
丁集矿热电冷联供工程地面制冷控制站、瓦斯发电控制站、井下冷媒分配控制站中的控制分站均由设备厂家成套提供，有些控制分站可以提供多种通讯接口及通讯协议，有些控制分站只能提供一种通讯接口及协议。溴冷机控制分站采用西门子S7-200系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；离心机控制分站采用嵌入式系统，由高速单片机控制，能提供Modbus-RTU接口，通过转换模块将Modbus-RTU接口转换成Profibus-DP接口；高压电气系统控制分站采用高速单片机控制，能够提供OPC通讯方式；高浓瓦斯发电机组控制分站采用贝加莱PLC控制，能提供Profibus-DP接口和OPC通讯方式；气体预处理控制分站采用西门子S7-300系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；余热利用控制分站采用西门子S7-300系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口；三腔冷媒分配器控制分站采用IPC控制，能够提供OPC通讯方式；冷媒管路控制分站采用西门子S7-200系列PLC控制，能提供Profibus-DP接口。
PCS7系统作为新一代的控制系统，不但继承了原有PLC控制系统的优点，同时融合DCS系统的优点，能够提供多种通讯协议及通讯接口，且通讯协议更加开放和透明。因此，丁集矿热电冷联供工程集控系统在网络配置上，使用标准工业以太网和Profibus网络。溴冷机控制分站、离心机控制分站通过Profibus网络接入地面制冷控制站，高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站通过Profibus网络接入瓦斯发电控制站，冷媒管路控制分站通过Profibus网络接入井下冷媒分配控制站；地面制冷控制站、瓦斯发电控制站、井下冷媒分配控制站通过工业以太网接入地面集中控制室的两台冗余服务器，高压电气系统控制分站和井下三腔冷媒分配器控制分站由于只能提供OPC通讯方式，因此也通过工业以太网接入冗余服务器，这样就实现了热电冷联供工程中各子系统控制分站的接入，完成了以通讯方式采集数据的第一步。
3.3通讯参数设置
溴冷机控制分站、离心机控制分站、高浓瓦斯发电机组控制分站、气体预处理控制分站、余热利用控制分站、冷媒管路控制分站均通过Profibus网络接入上级控制站，现以溴冷机为例来说明Profibus-DP方式接入集控系统的通讯参数设置。高压电气系统控制分站、井下三腔冷媒分配器控制分站通过工业以太网以OPC通讯方式接入冗余服务器，现以三腔冷媒分配器控制分站为例来说明OPC通讯方式接入集控系统的参数设置。
（1）Profibus-DP方式
地面制冷控制站采用西门子S7-400系列PLC，溴冷机控制分站采用西门子S7-200系列PLC，在STEP7软件的硬件配置界面中将地面制冷控制站配置DP主站（Master），溴冷机控制分站配置成DP从站（Slave），从而实现主从站之间的数据交换，具体步骤如下：
首先，打开STEP7软件的HW-config（硬件组态）界面，按照设计先配置好地面制冷控制站的硬件，再把CP 443-5（Profibus-DP通讯模块）配置成主、从模式。 其次，鼠标左键点击“Operation”选项，选择其中的“Install GSD files”选项，弹出“Install GSD files”窗口，鼠标左键再点击“Browse”按钮，选择需要安装的溴冷机控制分站中S7-200通讯模块EM 277 PROFIBUS-DP的GSD文件，选中该文件点击“Install”按钮来安装GSD文件，安装完成后即可将EM277生成的模块配置到“PROFIBUS(3)‘这个’DP master system”。
最后，按照溴冷机厂家提供的I/O数据表中的数据地址进行地址偏移，然后再添加到EM277 PROFIBUS-DP在"DP master system"生成的功能块内，这样便实现了地面制冷控制站与溴冷机控制分站之间的数据交换。
（2）OPC方式
三腔冷媒分配器控制分站采用德国科维的KW ProVisIT 机器可视化软件，由于KW软件使用的通讯协议不是开放的工业以太网协议，因此地面集控室内冗余服务器上安装的WinCC软件无法直接与其进行OPC通讯，首先要在服务器内安装KW软件的客户端，客户端通过工业以太网读取三腔冷媒分配器控制分站内的运行参数，服务器内的WINCC软件再通过OPC通讯方式读取三腔冷媒分配器的运行参数。具体操作步骤如下：
首先，打开WinCC 项目管理器，找到"Tag Management" (变量管理器)，选中"Tag Management" (变量管理器)，单击右键，选择"Add New Driver"(添加新的驱动)。在打开的对话框中，选择"OPC.CHN"，点击打开按钮，添加驱动程序连接。
其次，添加一个该驱动程序与物理设备的连接。点击"Tag Management"点击"OPC"找到"OPC Groups" (OPCCHN Unit#1) ,點右键，选择"New Driver connection"，键入KW系统"OPC"名称，这样通讯驱动连接就完成了。然后指定系统参数，在"OPC Groups" (OPCCHN Unit #1) 点右键，选择"System Parameter",出现如下图的对话框，点击"Computer"按钮，输入本地计算机的名称，确定。
最后，鼠标左键点击"OPC条目管理器"中对应的计算机图标，选择" PCOS.OPC.20"（KW软件对应的OPC通道）条目，鼠标左键双击进入，出现变量组，从变量组中选择需要的变量，再点击“添加条目”键，完成。这样就实现了地面集控室中的服务器与井下三腔冷媒分配器控制分站之间的数据交换，详见图4。
4、结束语
煤矿热电冷联供工程多生产环节、多工艺流程，许多子系统又自带控制分站，且通讯接口及通讯协议多样，如果集控系统要按照工艺、电气方面的相关要求，实现瓦斯输送储配、高低浓瓦斯发电、余热制冷、矿井降温的集中管理和协调控制，达到地面瓦斯发电、余热制冷稳定，井下冷冻水流量和温度精确调节的目标，就必须及时准确地了解整个热电冷联供工程中各个生产环节工艺流程的运行参数，各种控制命令及时准确的发送至各控制分站，那么集控系统的通讯设置就显得尤为重要。只有事先了解各设备厂家成套提供的控制系统的通讯接口及通讯协议，才能在设计集控系统时选择合适的工控软件，合适的硬件配置及通讯网络，在集控系统调试时实现煤矿热电冷联供系统的控制要求，并在保证矿井安全生产的基础上创造良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子PCS7[M].北京:北京航天航空大学出版社, 2007
[2]唐聪,黄友锐.PCS7系统在煤矿热电冷联供工程中的应用[J].科技资讯,2010年04期