CONCEPT在篩焦系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

本溪市機(jī)電工程學(xué)校 袁小斐 王秋菊

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CONCEPT在篩焦系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

本溪市機(jī)電工程學(xué)校 袁小斐 王秋菊

【摘要】研究工業(yè)控制計(jì)算機(jī)在PLC篩焦過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)時監(jiān)視和管理主要依靠操作站，施耐德昆騰系列PLC控制器構(gòu)成控制站，采用CONCEPT2.6編程軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場問題的處理及設(shè)備的啟動。本文主要介紹PLC在CONCEPT篩焦系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC；篩焦系統(tǒng)；聯(lián)鎖啟動；實(shí)時控制

本鋼焦化廠篩焦系統(tǒng)主要是把經(jīng)過干熄焦?fàn)t冷卻后的焦炭，從干熄焦?fàn)t底通過震動給料器散落在刮板放焦機(jī)中，由刮板放焦機(jī)切送到皮帶機(jī)上，再經(jīng)過皮帶的逐級傳送到達(dá)篩焦樓頂部進(jìn)行篩焦處理。焦炭在大于25mm，10～25mm，0～10mm的粒度時分別入相應(yīng)的槽，經(jīng)過這幾級的篩選之后，篩焦樓內(nèi)的焦炭可以通過下部的帶式輸送機(jī)，與煉鐵廠舊有帶式輸送機(jī)上相互連接，直接到達(dá)各個高爐直接使用。

這套篩焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各設(shè)備之間的邏輯順序控制，對系統(tǒng)中料線的選擇及更改更加簡便快捷，確定進(jìn)行控制和管理，以及對系統(tǒng)的各個設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督控制。通過光線以及兩臺環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與上位機(jī)通訊，通過CPU通訊與原有運(yùn)焦系統(tǒng)和煉鐵廠的皮帶系統(tǒng)的進(jìn)行信號交換。我們?yōu)榇私⒁粋€工程師站和兩個操作員站對篩焦過程控制系統(tǒng)的PLC進(jìn)行操作。控制站的PLC采用的是施耐德昆騰系列PLC控制器，設(shè)計(jì)和編程軟件用的是施耐德的CONCEPT2.6，上位機(jī)的人機(jī)界面采用的是西門子WINCC6.2 SP2軟件，通過OFS與PLC進(jìn)行鏈接。操作站的主要實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)時監(jiān)視和管理。這篇文章主要闡述PLC在篩焦過程控制中的應(yīng)用。

1　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

篩焦系統(tǒng)屬于典型的以皮帶為主的連續(xù)性生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中皮帶通廊和篩焦樓內(nèi)粉塵較多，系統(tǒng)料線長，故障頻發(fā)。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：設(shè)備數(shù)量多且不集中，料線冗長，環(huán)境惡劣，工藝流程連鎖條件較多。屬于交叉復(fù)雜過程控制，相對應(yīng)的邏輯關(guān)系比較復(fù)雜。如果采用傳統(tǒng)的電氣控制方式，則存在由于設(shè)備連鎖條件多導(dǎo)致現(xiàn)場的接線多、接頭更多、由此便給整個系統(tǒng)中增加了更多的故障點(diǎn)，導(dǎo)致整套系統(tǒng)可靠性大大降低，維修量增大等一系列問題。

在整套控制系統(tǒng)中要求各種設(shè)備要快速的響應(yīng)系統(tǒng)給出的各種控制指令，控制系統(tǒng)中需要采集的模擬量信號也比較多，如重量，液壓，溫度電流，料位，流量等。針對篩焦車間粉塵較多的惡劣工作環(huán)境特點(diǎn)，整個篩焦系統(tǒng)設(shè)備多而且分散的工作特點(diǎn)，因此必須采用現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng)和性能穩(wěn)定的PLC硬件來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程操作和信號采集。綜合以上條件，我們選擇了施耐德旗下的昆騰系列PLC，采用冗余CPU作為篩焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連鎖啟動和停止的順序控制的主站。其模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成靈活，易于用戶掌握和實(shí)現(xiàn)分布。實(shí)現(xiàn)對模擬量及開關(guān)量信號的處理，同時完成了與舊有篩焦系統(tǒng)和煉鐵廠皮帶系統(tǒng)的信號通信。

篩焦工段共有32點(diǎn)數(shù)字量輸入模板30多塊；32點(diǎn)數(shù)字量輸出模板20多塊，8點(diǎn)模擬量輸入模板15塊。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，中央處理單元選用140CPU53414B冗余系統(tǒng)，利用光線中繼器與除塵地面站系統(tǒng)，以及104轉(zhuǎn)運(yùn)站，108轉(zhuǎn)運(yùn)站3個PLC遠(yuǎn)程站相連，共用一個上位機(jī)操作站。

篩焦系統(tǒng)共有6個機(jī)架，分布在4個PLC柜子中。其中兩個PLC柜位于32#變電所，另兩個PLC柜分別位于104轉(zhuǎn)運(yùn)站和108轉(zhuǎn)運(yùn)站，曬焦除塵系統(tǒng)有2個機(jī)架，位于篩焦除塵地面站內(nèi)。

采用RI/O分支器 MA-0185-100及RI/O干線電纜進(jìn)行通訊。

2　軟件程序設(shè)計(jì)

為了確保篩焦系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，控制系統(tǒng)必須滿足以下幾點(diǎn)要求：

（1）控制方式分為三種，即現(xiàn)場手動操作；上位機(jī)單體設(shè)備手動操作；上位機(jī)部分設(shè)備聯(lián)鎖操作；

（2）為了保證無堆料、壓料的情況發(fā)生，各個料線中的設(shè)備在啟停過程中，要根據(jù)設(shè)備“逆啟順?！钡脑瓌t合理設(shè)置時間延時；生產(chǎn)過程中，當(dāng)某一料線中某一臺設(shè)備發(fā)生故障時，其上層設(shè)備應(yīng)該無延時立即停止，下層設(shè)備延時按順序逐級停止；

（3）實(shí)現(xiàn)與原有運(yùn)焦系統(tǒng)和煉鐵廠皮帶系統(tǒng)的正常通信；采集煉鐵廠接口皮帶的運(yùn)行信號和發(fā)送給原有運(yùn)焦系統(tǒng)接口皮帶的運(yùn)行信號，對報警，開關(guān)機(jī)時間，上煤量等做出實(shí)時詳細(xì)記錄，以及顯示各條料線的運(yùn)行情況。

2.1系統(tǒng)模型建立

在整個篩焦控制系統(tǒng)中，上位機(jī)采用研祥系列工控機(jī)，系統(tǒng)中采用WINCC制作人機(jī)交互界面，兼作故障報警、報表等，對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時采樣。首先通過現(xiàn)場操作箱選擇現(xiàn)場手動操作和上位機(jī)操作兩種操作方式。再通過人機(jī)交互界面選擇畫面手動或畫面連鎖操作，結(jié)果通過OFS軟件送入PLC中。CPU根據(jù)收到的控制指令，通過各種模塊將指令送到現(xiàn)場設(shè)備中。在控制各個設(shè)備運(yùn)行的同時，采集該設(shè)備的各種狀態(tài)信息， 并且通過CPU再發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)事故停車處理功能并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)聲音報警，如果觸發(fā)連鎖停機(jī)調(diào)節(jié)則快速響應(yīng)指令，設(shè)備連鎖停車。通過這樣的上位機(jī)與PLC下位機(jī)的相互之間的密切配合，實(shí)現(xiàn)整個篩焦系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。

2.2程序的開發(fā)

篩焦控制系統(tǒng)的編程采用的軟件是CONCEPT2.6，Concept是Quantum，產(chǎn)品專用的配置工具。使用方便靈活，通過梯形圖編程可以對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、監(jiān)測各種設(shè)備狀態(tài)、故障查詢等功能。本系統(tǒng)分成若干模塊，根據(jù)工藝流程，設(shè)備的種類，不同的塊中有不同的設(shè)備，不同的塊中有不同的料線，方便維護(hù)查找。

在各個設(shè)備聯(lián)鎖啟動之前，系統(tǒng)會自動判斷各個設(shè)備的啟動條件是否滿足啟動要求。聯(lián)鎖啟動要求設(shè)備都處于“中央操作”時，并且滿足各種聯(lián)鎖條件才可以聯(lián)鎖啟動。若設(shè)備都處于滿足聯(lián)鎖啟動條件時，就可以在畫面上點(diǎn)擊聯(lián)鎖啟動按鈕，啟動過程中，為防止皮帶壓料的情況出現(xiàn)，則要求經(jīng)延時后按順序逆料流啟動該料線上的設(shè)備。延時過程中，預(yù)警鈴預(yù)警，同時啟動與設(shè)備相關(guān)的除塵設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行后，開關(guān)量輸入模板采集到現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行信號，傳送給上位機(jī)，上位機(jī)的操作員就可以對現(xiàn)場設(shè)備情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

某些情況，系統(tǒng)需停車時，可以在上位機(jī)中點(diǎn)擊聯(lián)鎖停止按鈕，使系統(tǒng)停止。按照料線順停的工藝要求，設(shè)備延時逐一停止，皮帶上存料排空后，最后停止相應(yīng)設(shè)備的除塵系統(tǒng)。設(shè)備停止后，上位機(jī)設(shè)備運(yùn)行信號消失，等待任務(wù)指令的再一次下達(dá)。

如果遇見突發(fā)事件，上位機(jī)發(fā)出“急?！泵?，所有的設(shè)備則在較短的時間內(nèi)接收到停止命令。PLC接收到上位機(jī)的停止命令后使設(shè)備停止運(yùn)行，停止中的系統(tǒng),所有設(shè)備運(yùn)行信號消失。等待任務(wù)指令的再一次下達(dá)。中控室的操作臺面上還有一個“緊急停止”旋鈕，當(dāng)整套設(shè)備需要緊急停止時，拍下該按鈕后系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。

2.3實(shí)現(xiàn)功能

在整個篩焦系統(tǒng)的控制中，每個料線中多個設(shè)備之間存在一定的聯(lián)鎖關(guān)系。同時料線和料線直接還存在一定得聯(lián)鎖關(guān)系。在功能實(shí)現(xiàn)過程中，把各個設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系放在單獨(dú)的程序塊中進(jìn)行編程，設(shè)備的基本控制根據(jù)設(shè)備的地理分布進(jìn)行集中。

編程基本實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）PLC接受輸入信號中的過程變量，然后按照組態(tài)數(shù)據(jù)的要求對輸入信號進(jìn)行處理和計(jì)算并傳送輸出信號至最終控制元件。

（2）連鎖控制功能的通過梯形邏輯圖，對采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過程序的組合，調(diào)節(jié)控制現(xiàn)場各個設(shè)備的啟動停止時序來實(shí)現(xiàn)。

（3）上位機(jī)軟件可以對模擬量提供趨勢記錄和報表管理，開關(guān)量故障點(diǎn)有報警記錄。

3　結(jié)論

本系統(tǒng)是以本鋼焦化廠焦二車間篩焦、除塵過程新建工程為實(shí)際案例，提供給現(xiàn)場操作人員具有科學(xué)性的操作指導(dǎo)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的效率，解決了自動化生產(chǎn)過程中的綜合問題，以節(jié)能為原則，開發(fā)了一套施耐德昆騰系列PLC的控制系統(tǒng)，提高了焦化生產(chǎn)過程控制水平。通過對現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試及運(yùn)行，均實(shí)現(xiàn)了對篩焦過程軟件和硬件的監(jiān)視與控制。

此系統(tǒng)在本鋼焦化廠焦二車間運(yùn)行1年多，從現(xiàn)場運(yùn)行的一切狀況來看，以及除塵設(shè)備的除塵效果，基本完成了最初的設(shè)計(jì)要求，取得了良好的效果。

在對現(xiàn)場的深入了解及項(xiàng)目研究的調(diào)試過程來看，自動控制系統(tǒng)在制造系統(tǒng)中普及的重要性讓我有了深刻的體會。在生產(chǎn)制造過程中有大量數(shù)據(jù)進(jìn)行需要我們?nèi)パ芯亢头治?，利用研究和分析的結(jié)果使我們的生產(chǎn)流程得到更好調(diào)整和優(yōu)化，可以預(yù)見，PLC系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的集成必將更加緊密，并很可能以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能同時在一個系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。另一方面，PLC系統(tǒng)的發(fā)展一直是與工業(yè)過程控制息息相關(guān)，它主要有體積更小，速度更快，功能更強(qiáng)，價格更低，大型網(wǎng)絡(luò)化，可靠性、兼容性高等特點(diǎn)，正朝著多功能方面發(fā)展。