徐海濤 高巍

【摘要】本文介紹一個(gè)基于施耐德PLC控制下的運(yùn)焦和篩焦過(guò)程控制系統(tǒng)。上位機(jī)操作站主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理，下位機(jī)PLC站由施耐德昆騰系列PLC控制器和三個(gè)遠(yuǎn)程分站構(gòu)成，采用CONCEPT2.6編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，上位機(jī)由西門(mén)子WINCC6.2操作軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖啟停和現(xiàn)場(chǎng)事件的處理。本文主要介紹施耐德昆騰系列PLC在運(yùn)焦、篩焦過(guò)程控制中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】運(yùn)焦系統(tǒng) 篩焦系統(tǒng) PLC 聯(lián)鎖啟停 實(shí)時(shí)控制

一、前言

本文所提及的運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)主要是指經(jīng)干熄焦?fàn)t熄焦后的焦炭，經(jīng)干熄焦?fàn)t底部的旋轉(zhuǎn)密封閥，落入到帶式輸送機(jī)上，再由下方帶式輸送機(jī)送入篩焦樓內(nèi)料倉(cāng)上部，經(jīng)過(guò)三級(jí)篩分，按高爐生產(chǎn)工藝要求的焦炭顆粒大小，利用懸臂振動(dòng)器把焦炭篩分到大、中、小號(hào)焦樓料倉(cāng)內(nèi)。篩焦樓料倉(cāng)內(nèi)的焦炭可直接經(jīng)下級(jí)運(yùn)焦系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)運(yùn)送致高爐系統(tǒng)，滿足高爐生產(chǎn)供料的需要。運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)主要由帶式輸送機(jī)、懸臂振動(dòng)器、轉(zhuǎn)運(yùn)站、篩焦樓及配套的除塵系統(tǒng)等組成。

運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中各設(shè)備的順序邏輯控制，主要是對(duì)系統(tǒng)的料線選擇、料線切換、料位聯(lián)鎖、運(yùn)焦起點(diǎn)、運(yùn)焦終點(diǎn)的確定，以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和管理。通信功能實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)與老運(yùn)焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)料線連鎖功能。為此，我們建立一個(gè)基于斯耐得昆騰系列的冗余PLC系統(tǒng)對(duì)運(yùn)焦及篩焦進(jìn)行過(guò)程控制，系統(tǒng)由PLC主站、3個(gè)遠(yuǎn)程分站和上位機(jī)站組成。上位機(jī)站主要由4臺(tái)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理，主站由施耐德昆騰系列PLC-14UCPU53414B控制器構(gòu)成，下位機(jī)軟件采用CONCEPT2.6編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟停和現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事件的及時(shí)處理。

二、PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

整個(gè)運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)料線長(zhǎng)、設(shè)備多而且分散，加上整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中粉塵較多，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，因此必須選用防護(hù)等級(jí)比較高的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的控制。斯耐得昆騰系列PLC對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此我們選用它來(lái)做控制系統(tǒng)。

施耐德昆騰系列PLC控制器的模塊化安裝、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成靈活，易于實(shí)現(xiàn)多設(shè)備分散控制，現(xiàn)場(chǎng)老系統(tǒng)也使用了同品牌PLC設(shè)備，更利于通信的連接和建立。因此，我們選用了昆騰系列PLC作為篩焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜順序控制，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟停的硬件設(shè)備。

按設(shè)計(jì)，運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)共有數(shù)字量1000多點(diǎn)，其中數(shù)字量輸入700多點(diǎn)，數(shù)字量輸出300多點(diǎn)，另外模擬量輸入接近100點(diǎn)。根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)及要求，中央處理單元選用140CPU53414B冗余系統(tǒng)，利用光纖分別與除塵地面站系統(tǒng)、104轉(zhuǎn)運(yùn)站、108轉(zhuǎn)運(yùn)站3個(gè)遠(yuǎn)程PLC站點(diǎn)相連。系統(tǒng)機(jī)架之間采用RI/O分支器MA-0185-100及RI/O干線電纜進(jìn)行通訊。

三，PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

為了運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)滿足以下控制要求：

（1）實(shí)現(xiàn)與原有運(yùn)焦系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖啟停。

（2）料線連鎖設(shè)備在啟動(dòng)和停止過(guò)程中，要根據(jù)設(shè)備逆啟順停的工藝，要求合理設(shè)置間隔、延時(shí)時(shí)間，以保證帶式輸送機(jī)無(wú)堆料、壓料的情況。

（3）運(yùn)行過(guò)程中，某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其上流設(shè)備立即停止，下流設(shè)備延時(shí)順序停止。

（4）上位機(jī)可顯示各條料線的運(yùn)行情況，并對(duì)報(bào)警，開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，料位等做出實(shí)時(shí)記錄。

（一）PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

在整個(gè)系統(tǒng)中，采用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為卜位機(jī)，利用WINCC6.2版本軟件與PLC進(jìn)行通信，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在顯示器上顯示出相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程圖畫(huà)面，上位機(jī)畫(huà)面內(nèi)包括故障報(bào)警、數(shù)據(jù)趨勢(shì)、數(shù)據(jù)報(bào)表等數(shù)據(jù)。在上位機(jī)的操縱畫(huà)面上，通過(guò)對(duì)不同料線的選擇，選擇結(jié)果送入PLC。PLC根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的命令，實(shí)現(xiàn)其相對(duì)應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)設(shè)備的同時(shí)，同時(shí)向上位機(jī)反饋各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)這種閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)事故停車(chē)處理功能并肩動(dòng)報(bào)警設(shè)備，快速響應(yīng)中央操作室內(nèi)的各種指令。這樣，操作員與PLC相互配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)焦及篩焦系統(tǒng)的可靠控制控制功能。

（二）PLC系統(tǒng)程序的撰寫(xiě)

施耐德昆騰系列采用CONCEPT2.6作為編程軟件，它除了可以對(duì)系統(tǒng)編制邏輯程序以外，同時(shí)還可以設(shè)定各種系統(tǒng)參數(shù)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行、實(shí)時(shí)PLC查詢故障等。本系統(tǒng)采用梯形圖LAD語(yǔ)言編程，根據(jù)工藝流程，按照不同的聯(lián)鎖關(guān)系，組成多種料線選擇、運(yùn)行方式，單體設(shè)備控制聯(lián)鎖啟動(dòng)。

集中啟動(dòng)要求設(shè)備都處于“中央操作”時(shí)才可以聯(lián)鎖啟動(dòng)。這就需要在設(shè)備啟動(dòng)之前判斷該料線設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒、設(shè)備啟動(dòng)的聯(lián)鎖條件是否滿足。若設(shè)備都處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，就可以在上位機(jī)向PLC發(fā)出命令。首先是啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警鈴響起10秒后，啟動(dòng)被選擇設(shè)備相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)除塵閥門(mén)。為防止帶式輸送機(jī)堆料、壓料的情況，要求經(jīng)延時(shí)后按順序逆料流啟動(dòng)該料線上的設(shè)備，設(shè)備啟動(dòng)后，送給上位機(jī)設(shè)備的“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視。聯(lián)鎖設(shè)備啟動(dòng)完畢后，上位機(jī)的監(jiān)視畫(huà)面上由啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成運(yùn)行狀態(tài)，就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

完成任務(wù)后，系統(tǒng)需停止工作，上位機(jī)發(fā)出“聯(lián)鎖停止”命令，結(jié)果送入PLC控制器中，使系統(tǒng)停止。由于帶式輸送機(jī)停止后，皮帶上面不能殘留余焦，所以要按照順料流方向延時(shí)停止，經(jīng)過(guò)一段的余焦傳送時(shí)間后，所有的設(shè)備才按照工藝要求逐一停止，最后停止除塵系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)處于停止中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)指示消去，等待下一次的啟動(dòng)命令。

針對(duì)突發(fā)事件，需要在較短的時(shí)間內(nèi)迅速停下所有的設(shè)備時(shí)，上位機(jī)發(fā)出“急?！泵?。結(jié)果送入PLC中，使設(shè)備全部停止，系統(tǒng)處于停止中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)指示消去，等待下一次的啟動(dòng)命令。

（三）PLC編程實(shí)施

在運(yùn)焦、篩焦系統(tǒng)過(guò)程控制中，不同的設(shè)備之間存在一定的聯(lián)鎖、互鎖關(guān)系。編程過(guò)程中把設(shè)備之間的聯(lián)鎖、互鎖關(guān)系放在單獨(dú)的程序中處理，設(shè)備的基本控制根據(jù)設(shè)備的地理分布、種類進(jìn)行集中。編程基本實(shí)現(xiàn)以下功能①PLC接受過(guò)程變量的輸入信號(hào)，在程序內(nèi)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理或計(jì)算，傳送輸出信號(hào)至最終現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。②系統(tǒng)對(duì)模擬量提供線性化、累計(jì)、和報(bào)警功能；系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)量提供報(bào)警和狀態(tài)變化的記錄（操作記錄）。③順序控制功能可以執(zhí)行啟動(dòng)/停止順序、批量處理或任何預(yù)先定義的程序步驟。