郭亮亮

(1.太原理工大學信息工程學院，山西 太原 030024；2.山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

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基于PLC的焦化氣源廠焦爐上料集控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

郭亮亮1，2

(1.太原理工大學信息工程學院，山西 太原 030024；2.山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

摘要：對某焦化氣源廠原有焦爐上料系統(tǒng)進行集控系統(tǒng)設計，通過PLC采集現(xiàn)場設備狀態(tài)信息，根據(jù)工藝流程編制相關程序，在上位機圖形界面進行控制。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對整個焦爐上料過程的連續(xù)監(jiān)測，包括設備的開啟、停止等安全運行監(jiān)控、料倉煤位等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測，達到設計要求。

關鍵詞：PLC；焦化氣源；焦爐上料；集控系統(tǒng)

煤焦化產(chǎn)業(yè)是我省經(jīng)濟組成的重要部分，它作為冶煉、化工、基建、煤礦的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，起著不可替代的連接作用。目前我省煤炭相關產(chǎn)業(yè)處于低谷，更需要在整合資源，優(yōu)化產(chǎn)能，改進生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率等方面加大投入。

某焦化氣源廠現(xiàn)有兩臺焦爐，分別為年產(chǎn)60萬t和90萬t。焦爐上料系統(tǒng)是兩套焦爐生產(chǎn)組成的重要配套部分，包含從堆取料機到煤塔頂層的設備組成的碎煤及輸送系統(tǒng)，主要完成配煤、碎煤及輸送功能。

該焦化氣源廠原焦爐上料系統(tǒng)采用手動控制，安全系數(shù)較低，生產(chǎn)連續(xù)性差，人員崗位較多。根據(jù)備煤車間的實際情況，為了進一步提高車間設備運行的可靠性與自動化程度，提高生產(chǎn)管理水平及工人素質(zhì)，降低工人勞動強度，達到減員提效的目的，本著安全、可靠、先進、實用、高效的原則，設計本系統(tǒng)，現(xiàn)已安裝調(diào)試完畢。

1系統(tǒng)工藝概述

現(xiàn)焦爐上料系統(tǒng)所含工藝設備主要包括：19條膠帶機、4臺電磁除鐵器、6臺破碎機及21個煤倉等設備。焦爐上料車間工藝流程如圖1。

圖1　工藝流程圖

汽車或火車將原煤卸入集中緩沖煤倉后，通過膠帶機及堆取料機落地儲存；取料時通過堆取料機斗輪從煤堆取煤后經(jīng)膠帶機配入煤倉；配煤經(jīng)倉下配煤給料機、膠帶機落入煤塔。具體流程如圖1。

2PLC系統(tǒng)設計

焦爐上料集中控制系統(tǒng)設計，本著效率高，功能全的原則進行優(yōu)化設計、合理配置，并根據(jù)實際情況與當今自動化控制技術發(fā)展的要求，在充分征求現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員、工程技術人員、操作員的意見后提出如下設計方案[1]：

1) PLC系統(tǒng)設計：焦爐上料集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)全自動功能，系統(tǒng)嚴格按照工藝流程設計。PLC控制柜放置于焦爐中控室內(nèi)，PLC采用德國西門子S7-300系列，柜內(nèi)關鍵電氣元件，如微型斷路器、繼電器、接觸器等采用施耐德品牌。

2) 上位機設計：上位機編程采用西門子WINCC 7.0，根據(jù)工藝進行設計，達到實用、便捷、安全、準確的設計要求。通過畫面可實現(xiàn)實時監(jiān)控，邏輯啟停，并生成信息報表、數(shù)據(jù)監(jiān)測、實時報警等相關內(nèi)容。

3) 通訊系統(tǒng)：PLC和上位機之間通過以太網(wǎng)通訊，實現(xiàn)計算機監(jiān)控。同時，可作為公司管理信息系統(tǒng)的一個子網(wǎng)，通過交換機與焦化廠整個網(wǎng)絡系統(tǒng)互連，共享信息資源。

4) 根據(jù)實際生產(chǎn)的需要增加保護和檢測裝置(如：皮帶級跑偏開關、拉繩開關、堆煤堵塞開關、煤倉雷達料位計、電流和溫度監(jiān)測裝置)實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，保證設備和人身安全，為安全高效生產(chǎn)提供保障。

5) 在控制中心和現(xiàn)場操作箱安裝打點預警裝置。開機前，首先進行打點預告，提示現(xiàn)場人員和檢修人員遠離設備處于安全位置，杜絕安全事故的發(fā)生[2]。

焦爐上料集中控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：2臺上位工業(yè)控制計算機(含23.5寸液晶顯示器)、激光打印機、操作臺、PLC控制柜、現(xiàn)場傳感器(膠帶跑偏開關、拉繩急停開關、溜槽堵塞開關、速度檢測器、煤倉超聲波料位計、溫度傳感器)及分線箱、就地操作控制箱等[3]。

3主要監(jiān)控設備

根據(jù)生產(chǎn)工藝有關技術要求，結合實際情況與設計經(jīng)驗，本方案對表1中的設備及工藝參數(shù)進行監(jiān)測控制。所有數(shù)據(jù)信號均通過電纜接入到PLC控制柜。

現(xiàn)階段小學英語教學中對自然拼讀法的應用較為普遍，但具體應用效果仍有待提升。就當前自然拼讀法的實際應用現(xiàn)狀來看，仍存在有待完善之處，例如進一步提高重視程度、加大師資力量等。另外很多教師受傳統(tǒng)教學觀念的影響較深，他們整堂課都在進行知識點的講解，與學生之間的互動很少，而學生則處于被動接受知識的位置，因此在小學英語教學中，教師需要采取有效的教學手段來激發(fā)學生的學習興趣，從而促進小學英語課堂教學質(zhì)量的提高。

表1　主要監(jiān)控制設備表

4整體功能實現(xiàn)

考慮到聯(lián)動生產(chǎn)的整體性以及控制的準確性，本系統(tǒng)提供了兩種控制方式：集中聯(lián)鎖控制，機旁獨立控制。在設備的控制電機旁安裝就地操作箱，操作箱上的轉(zhuǎn)換開關有兩個位置信號：就地，集控[4]。

◆ 集中聯(lián)鎖控制：設備的轉(zhuǎn)換開關置于“集控”位置，表示該設備處在集中聯(lián)鎖控制狀態(tài)，設備根據(jù)PLC指令，進行邏輯啟動和停止，就地操作箱啟動和停止按鈕無效。集中控制方式分為以下三種：

1) 集控自動控制：由集控室上位機發(fā)出設備起、停車命令，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的按流程起、停設備控制。

2) 集控聯(lián)鎖控制：由集控室上位機發(fā)出單臺設備起、停車命令，實現(xiàn)現(xiàn)場設備之間的閉鎖起、?？刂啤?/p>

3) 集控單機控制：由集控室上位機發(fā)出單臺設備起、停車命令，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的單機起、?？刂?，設備之間沒有閉鎖功能。

◆ 機旁獨立控制：設備的轉(zhuǎn)換開關置于“就地”位置，表示設備處于機旁獨立操作狀態(tài)，設備之間沒有閉鎖功能。對應手動位置，操作箱上安裝兩個按鈕分別為啟動按鈕和停車按鈕，作為設備單獨運行的控制按鈕。這種控制方式主要用于單個設備檢修或聯(lián)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常運行的情況。

◆ 緊急停車控制：當現(xiàn)場或集控室出現(xiàn)緊急情況，集控室和現(xiàn)場都可以對系統(tǒng)立即停車；可以由程序或現(xiàn)場緊急停車按鈕控制。

5系統(tǒng)軟件設計

集控系統(tǒng)軟件是用戶控制設備及記錄數(shù)據(jù)的重要工具。采用穩(wěn)定可靠的上位機軟件西門子WINCC 7.0系列編寫專用程序[5]。

5.1集控系統(tǒng)操作流程

1) 啟動前操作流程

控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能；就地方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。

流程選擇：當選定某一流程后，PLC檢測與之相關的輸入信號狀態(tài)，判斷是否具備啟動條件。條件具備后，則可以正常啟動。

啟動方式：用戶程序按逆煤流方式啟動。

其它設備：對不參與順序啟動的設備，或無法編入順序啟動的設備，需要在啟動前提前運行該設備。

2) 啟動過程控制

準備過程操作完成，系統(tǒng)準備就緒，發(fā)出啟動命令，所選系統(tǒng)以指定啟動方式運行。

在逆煤流啟動過程中出現(xiàn)故障時，啟動指令自動消除并發(fā)出故障報警信號，已起設備繼續(xù)保持運行，在排除故障后，可以從故障設備后延續(xù)啟動。

3) 閉鎖聯(lián)鎖控制

生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障報警時，逆煤流閉鎖保護，并發(fā)出聲光報警。對各種保護、運行參數(shù)全程記錄。

4) 順序停車控制

操作員發(fā)出停車命令后，PLC按程序順序停車。

5.2集控系統(tǒng)的人機界面設計[6]

監(jiān)控系統(tǒng)人機界面包括工藝流程主畫面、設備操作分畫面、設備狀態(tài)顯示分畫面、報警分畫面及歷史數(shù)據(jù)趨勢分畫面[7]。

1) 生產(chǎn)流程系統(tǒng)：采用圖形顏色變化及動畫對設備運行狀態(tài)進行模擬，所有流程采用不同的線條進行描述。利用組態(tài)數(shù)據(jù)庫圖像對生產(chǎn)流程進行實時仿真，界面美觀，功能完善，可操作性強，具有較好的用戶體驗。

2) 報警故障記錄：設備或儀表發(fā)生故障后，實時發(fā)出聲光報警，并記錄故障類型、時間、處理人員、處理方式等相關信息。

3) 設備啟停控制：單獨或聯(lián)鎖對可控設備進行控制，并記錄相關操作信息。

4) 實時、歷史趨勢：對關鍵數(shù)據(jù)，如：電流、溫度等模擬信號進行實時或歷史趨勢顯示及存儲。

5) 權限訪問控制：按照操作人員級別不同，設置不同權限，分為操作員、普通工程師、設備維護工程師等[8]。

6結論

上料系統(tǒng)生產(chǎn)過程的計算機自動控制一直是該廠生產(chǎn)過程的薄弱環(huán)節(jié)，由于生產(chǎn)過程中的料種繁多，工藝流程復雜，各工序相互關聯(lián)，加之焦化生產(chǎn)過程的有毒污染物多，操作環(huán)境較為惡劣，所以一直無法實現(xiàn)完整的集中控制系統(tǒng)。本文以PLC控制的上料系統(tǒng)設計為研究對象，著眼于提高企業(yè)的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動化問題，以實用、經(jīng)濟為原則，開發(fā)了一套基于PLC模式的計算機上料控制系統(tǒng)。其主要工作如下：

1) 分析了上料系統(tǒng)的現(xiàn)狀及工藝流程圖，提出了基于PLC模式的總體設計方案，并給出了系統(tǒng)的總體結構和PLC系統(tǒng)硬件結構，并加以實施。

2) 闡述了控制軟件設計的要求和控制軟件的開發(fā)與運行，介紹了系統(tǒng)控制方式、運行方式、故障處理和通訊功能的設計與實現(xiàn)，并加以實施。

本系統(tǒng)經(jīng)過安裝調(diào)試，現(xiàn)已投入運行。系統(tǒng)實現(xiàn)了對整個焦爐上料過程的連續(xù)監(jiān)測，包括設備的開啟、停止等安全運行監(jiān)控、料倉煤位等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測，能夠有效控制工廠的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)焦化企業(yè)追求先進科技、確保安全生產(chǎn)、強化安全管理的目標。

參考文獻

[1]魏松.淺談焦化備煤與出焦過程控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].價值工程,2013(35)：55-56.

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[8]鐘肇新.可遍程控制器入門教程[M].廣州:華南理工大學出版社,2004.

Design and Implementation of Coke Oven Feeding Control System in Coking Gas Source Factory Based on PLC

Guo Liangliang1，2

(1.CollegeofInformationEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,TaiyuanShanxi030024,China;2.ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

Abstract:The paper makes a design on the feeding collecting and controlling system for the original coke oven in a coking gas source plant. The status information of equipment is collected through PLC, and the program is compiled according to the process flow. This system realizes the continuous monitoring for the whole process of coke oven loading, including the safe operation of equipment's open and stop monitoring, bunker coal level and all sorts of data monitoring so as to meet the design requirements.

Key words:PLC; coking gas source; feeding for coke oven; collecting and controlling system

收稿日期：2016-03-03

作者簡介：郭亮亮(1981- )，男，山西太原人，高級工程師，主要研究方向：工業(yè)自動化控制。

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0022- 03

中圖分類號：TP 29

文獻標識碼：A