矩陣編程方法在綜合原料場改造工程中的應(yīng)用

摘要：文章介紹了矩陣編程方法在綜合原料廠改造工程中的應(yīng)用，通過這種方法，將各個(gè)流程設(shè)備之間復(fù)雜的連鎖關(guān)系數(shù)學(xué)模型化，實(shí)現(xiàn)PLC的程序控制，使控制過程簡單明了，而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：原料場；PLC；矩陣算法

中圖分類號(hào)：TP118 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）18-0029-01

某鋼鐵廠煉鐵廠綜合原料場生產(chǎn)規(guī)模按一年578萬 t生鐵生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)，因生產(chǎn)實(shí)際需要對(duì)該原料場工藝、設(shè)備及控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。該工程改造投產(chǎn)后，為現(xiàn)有一燒車間1×86 m2燒結(jié)機(jī)、二燒車間2×64 m2燒結(jié)機(jī)、四燒2×36 m2及五燒的2×360 m2燒結(jié)機(jī)供料。由于供料設(shè)備多，供料流程復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的要求高，因此采用矩陣算法方法，對(duì)ABB的AC800F PLC系統(tǒng)進(jìn)行編程，不但提高了編程效率，而且改善了對(duì)不同供料流程切換的速度，這套系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用于該綜合原料場中。

1編程要求

原料場主要工藝設(shè)備包括：翻車機(jī)，遷車臺(tái)，給料機(jī)，膠帶機(jī)，振動(dòng)器，卸料小車，堆/取/料機(jī)等用電設(shè)備及相關(guān)的除塵系統(tǒng)設(shè)施，由過程控制系統(tǒng)完成的測控工藝項(xiàng)目包括六大系統(tǒng)：鐵路受卸操作系統(tǒng)、公路受卸操作系統(tǒng)、原料輸入操作系統(tǒng)、原料輸出操作系統(tǒng)、儲(chǔ)料場A.B.C.D列操作系統(tǒng)和混勻操作系統(tǒng)。因此，原料場的工藝流程多，各個(gè)工藝流程的公用設(shè)備多，因此具體編程要求如下：

①每次啟動(dòng)一個(gè)工藝流程，首先檢查該流程每個(gè)設(shè)備是否有故障，是否被其他流程所占有，如設(shè)備有故障或者被其他流程占用則不能選擇該流程。②在正常情況下，流程是逆著料流的方向啟動(dòng)，順著料流的方向停止，也就是順啟逆停，以防止堆料。③當(dāng)流程中某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，它的上游設(shè)備要立即停止，下游設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行排空設(shè)備上的料，待故障排除后，上游設(shè)備再啟動(dòng)。④當(dāng)流程中有一臺(tái)設(shè)備需要緊急停車時(shí)，則該流程的所有設(shè)備立即停止運(yùn)行，待緊急情況解除后，重新啟動(dòng)該流程方可運(yùn)行。

因此，在編程時(shí)面臨著設(shè)備多，連鎖復(fù)雜的情況，如果采用傳統(tǒng)的編程方法，需要對(duì)每個(gè)工藝流程進(jìn)行編寫，對(duì)于該原料場這么多設(shè)備和上百條工藝流程來說，重復(fù)的工作量過多，因此采用矩陣編程方法。

2矩陣編程方法原理

矩陣編程方法就是把工藝流程之間和設(shè)備之間的連鎖關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)邏輯運(yùn)算。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)邏輯運(yùn)算之前，首先要建立一些與工藝流程和設(shè)備相關(guān)的矩陣。這些相關(guān)的矩陣就是一個(gè)M×N平面的表格，用一個(gè)兩維數(shù)組表示，M行用來表示工藝流程，N列用來表示和工藝設(shè)備相關(guān)的信息。下面通過某一個(gè)簡單的流程來說明矩陣編程的原理，流程J：由地下雜礦倉到混勻配料倉送料，流程圖如圖1所示。

為了敘述方便，我們用A1，A2，A3，A4，A51，A52，A61，A62分別代替土中單聯(lián)給料機(jī)，K1#帶式運(yùn)輸機(jī)，K2#帶式運(yùn)輸機(jī)，KF2帶式分料器，G7a#帶式運(yùn)輸機(jī)，G7b#帶式運(yùn)輸機(jī)，GX7a#重型卸料小車，GX7b#重型卸料小車。

首先我們按照工藝排定的設(shè)備工作順序建立流程設(shè)備矩陣，只要工藝要求不變，這個(gè)矩陣一旦建立就不再更改，流程J設(shè)備矩陣見表1。

所有設(shè)備按照順著料流的方向由矩陣的低位向高位排列。在以后定義的關(guān)于這個(gè)流程設(shè)備的狀態(tài)信息矩陣都要和這個(gè)設(shè)備矩陣一一對(duì)應(yīng)，也就是說設(shè)備的各種信息組成了各個(gè)矩陣，每個(gè)矩陣代表所有設(shè)備的同一種信息。在本例中，流程J下又分為J01和J02兩個(gè)流程，下面以運(yùn)行矩陣為例，如果流程中某個(gè)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，則這個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的位置為1，否則為0，例如J01流程在運(yùn)行中，則運(yùn)行矩陣見表2。

采用同樣的方法，在程序中分別建立啟動(dòng)矩陣、故障矩陣、停止矩陣等矩陣。除此，在程序里的連續(xù)區(qū)域里建立流程矩陣，流程中用到的設(shè)備對(duì)應(yīng)位置1，否則置0，本例流程J對(duì)應(yīng)的流程矩陣見表3。

3實(shí)現(xiàn)控制功能

所有的矩陣建立完成后，下一步就是用邏輯運(yùn)算來時(shí)實(shí)現(xiàn)連鎖控制。例如啟動(dòng)本例中的J01流程，則首先將J01流程的流程矩陣和故障矩陣進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，如果邏輯運(yùn)算結(jié)果全為0，說明J01流程的所有設(shè)備沒有故障，初始狀態(tài)正常，可以工作；再將流程矩陣和運(yùn)行矩陣進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，如果得出的結(jié)果全為0，說明J01流程的所有設(shè)備處于獨(dú)立狀態(tài)，沒有被其他流程所占用，當(dāng)流程矩陣與所有的狀態(tài)矩陣進(jìn)行與運(yùn)算的結(jié)果都為0時(shí)，該流程可以進(jìn)行啟動(dòng)。

當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，程序按照從低位到高位的順序?qū)α鞒叹仃嚨拿恳晃贿M(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到某一位為1時(shí)，則將啟動(dòng)矩陣的對(duì)應(yīng)位置1，待該位對(duì)應(yīng)的設(shè)備完全啟動(dòng)后，再將運(yùn)行矩陣的對(duì)應(yīng)位置1，同時(shí)將啟動(dòng)矩陣該位復(fù)位為0。當(dāng)程序檢測到啟動(dòng)矩陣該位由1跳變到0時(shí)，則繼續(xù)向高位檢測，直至將J01流程的流程矩陣檢測完畢，J01流程成功啟動(dòng)。如果在此時(shí)選擇J02流程，程序首先將J02流程的流程矩陣分別與J02流程的故障矩陣、運(yùn)行矩陣進(jìn)行邏輯運(yùn)算，與故障矩陣運(yùn)算結(jié)果全為0。與運(yùn)行矩陣運(yùn)算結(jié)果見表4。

說明J02流程的A1，A2，A3，A4設(shè)備被其他流程所占有，流程選擇不成功，J02流程不能被啟動(dòng)。

當(dāng)需要J01流程停止時(shí)，程序按照從高位到低位的順序?qū)α鞒叹仃嚨拿恳晃贿M(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到某一位為1時(shí)，則將停止矩陣對(duì)應(yīng)位置1，待該位對(duì)應(yīng)的設(shè)備完全停止后，再將運(yùn)行矩陣和停止矩陣的該位復(fù)位為0。當(dāng)程序檢測到停止矩陣該位有1跳變到0時(shí)，則繼續(xù)向低位檢測，直至將流程矩陣檢測完畢，J01流程順停成功。

如果J01流程中某一設(shè)備發(fā)生故障，則從該設(shè)備所對(duì)應(yīng)的流程矩陣的位起到最低位止所對(duì)應(yīng)的停止矩陣對(duì)應(yīng)位置置1，從而可將J01流程的該設(shè)備及其上游設(shè)備同時(shí)停止。

或者需要緊急停車時(shí)，將J01流程的流程矩陣作為停止矩陣，這樣J01流程中的所有設(shè)備同時(shí)接收到停止信號(hào)，同時(shí)停止。

4結(jié)語

通過矩陣編程方法，可以大大突破傳統(tǒng)式PLC編程方法的局限，把復(fù)雜的控制系統(tǒng)抽象為具體的數(shù)學(xué)模型，可以大大簡化程序設(shè)計(jì)過程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓亞玲，陶培君，王一韓，等.宣鋼東區(qū)煉鐵綜合原料場自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].冶金自動(dòng)化，2008，(1).

[2] 張艷.一種PLC自動(dòng)控制程序創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的研究[J].自動(dòng)化信息，2008，(1).