论文部分内容阅读
[摘要]本文简要阐述焦化生产工艺及备煤系统介绍，从而提出研究对象现阶段所存在的问题，分析研究现状，提出总体的研究方法和设计方案。介绍了控制软件的设计方法与实现方法。
[关键词]PLC焦化备煤系统控制
中图分类号：TE624.3+2 文献标识码：TE 文章编号：1009―914X（2013）28―0517―01
備煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、储存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，它包括输煤系统和配煤系统。具体工艺流程是：原煤由火车运入厂区卸车场，卸车场采用门市螺旋卸车机将煤卸入两侧的导料槽，由皮带机送至煤场分类堆放起来；按生产需要，煤再由煤场经过堆取料机和皮带机送至配煤室，各种不同种类的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮带机送至粉碎机室，粉碎后的粉煤由皮带机送至煤塔作为焦炉生产用煤。工艺流程如图1所示。
1、备煤过程工艺流程图
1、基于PLC控制的焦化备煤系统
传统的备煤系统应用继电器—接触器控制方式。虽然继电器比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而可以泛地应用于焦化行业中。
备煤系统的计算机网络控制系统主要由两级控制器构成：上位监控级和下位控制级。
（1）上位监控级包括网络操作站、打印机等，监控备煤过程中的所有信息，进行显示、操作、记录、数据处理、报表输出，并且可以按照一定权限进行控制回路的组态和参数修改等操作。其主要是监视系统各设备的运转状态、过程数据、报警及引导内容的显示、设备操作、参数设定、报表打印等。
（2）下位控制级是通过控制单元所连接的检测和控制设备对生产过程实施控制，并通过通讯电缆与操作站相连，接受操作管理信息并传递实时数据。除此之外，还要通过通讯部件与操作站进行实时通讯，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程，因此PLC需要具有标准化的通讯接口[。
备煤系统的工艺过程多以顺序控制为主，基于PLC对于顺序控制所具有的独特的优势，控制系统以遵循现场总线通讯协议的PLC为优选对象。PLC的通信包括PLC各站点之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其它智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。
2、系统硬件结构
控制级选由西门子的S7-300系列PLC控制器等构成。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握。控制量模块包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出，模块的数量和配置由当地工作站的所需控制和采集的点数所决定。
3、控制软件设计与实现
IPC+PLC模式的过程控制系统的控制器选用STEP7联锁、逻辑控制，在进行软件编制之前，需要依据实际的控制模块在操作站上进行硬件组态配置，硬件组态也是一种图形化的组态方式，硬件组态的所有模块都可以从STEP7提供的组件库中找到相应的型号将其拖放到相应的位置，并将其属性设置成与实际硬件一致。硬件组态后下载到相应的过程控制站，这样使得实际硬件安装模块和硬件组态一致，从而I/O模块上的每一点的点号地址就得以确认。
3.1 控制软件设计
在整个控制系统中，采用可编过程控制器作为下位机和工业控制计算机通信，对设备的运行情况进行实时采样，并在屏幕上显示系统的仿真画面，兼作故障报警，报表等。PLC作为前端执行机构，具体负责自动开关机，并将前端采集回来的模拟量和数字量处理后传送给上位机，由上位机进一步进行处理。PLC的I/O部分主要由输入模块和输出模块两部分组成，输出部分可直接驱动外部继电器的通断来实现外部对象的控制；输入模块可接收与其相连的输入设备的数据，并应用这些数据去监视被控系统，当程序请求某动作时，PLC发送指令给与其相连的输出设备以产生动作。
3.2 控制软件实现
3.2.1 软件开发工具
在PCS7过程控制系统中，下位机采用软件STEP7对控制系统进行设计和程，STEP7[16]是一个对S7-300和S7-400PLC进行编程的应用软件包，是用SIMATIC可编程控制器组态和编程的标准软件包，它是SIMATIC工业软件的组部分。
3.2.2系统运行实现
输煤系统具有三种工作状态：集中启动，净化停止，紧急停止。在系统的设计中根据不同的起点、中间点、终点划分为不同的运行方式。
3.2.3故障处理实现
（1）故障点上流设备处理
由于设备逆料流启动，下流设备的运转信号是上流设备的启动信号。若某台设备发生重故障，在外部继电器工作正常的情况下，无“运转信号”送到PLC中，因此上流设备没有收到启动信号，实现上流设备的一齐停止。
（2）故障点下流设备处理
下流设备依次顺序停止，在PLC中给料线分配故障位，利用故障位实现对故障程序段的引导，实现对故障点以下的设备延时净化停止。故障处理模块放在集中启动FC中进行，运行过程中控制模块采集到故障信号，中断直接跳转到料线故障位引导的故障处理程序。从而上流设备因运转指令取消而立即停止，下流设备的停车指令在故障处理程序中延时给出。设备启动过程中发生的任何故障都可在FC中及时进行处理。
3.2.4 通讯功能实现
SIMATIC PCS7具有ODBC，OLE等标准接口，并且应用以太网、Profibus现场总线等开放性网络，从而具有很强的开放性，可以很容易的连接上位机管理系统和其它厂商的控制系统。采用S7-300作为整个控制系统的控制级，实现对开关量输入、输出：模拟量输入信号的处理，采用国际通用的Profibus-DP现场总线标准协议与上位机进行通讯。
4、结论
大型焦化厂生产过程的计算机控制一直是钢铁联合企业的薄弱环节，虽然国内外学者在这方面进行了不少研究工作，并取得了一定成绩，然而焦化生产过程中的介质复杂，测量难度大，工艺流程复杂，各工序既独立又相互关联和影响。另外由于焦化生产过程的有毒污染物多，操作环境恶劣，所以具有一定的难度。本问以PLC控制的焦化备煤系统设计研究对象，着眼于提高企业的生产效率，实现生产过程中的综合自动化问题，以实用、经济为原则，开发了一套基于IPC＋PLC模式的两级计算机备煤控制系统。在系统的设计和开发过程中，运用了PLC和现场总线技术，解决了一系列备煤过程中的问题。不仅降低了生产成本、降低操作人员的劳动强度，更使系统实时性和稳定性大大提高，具有良好的社会和经济效益。
参考文献
[1] 《焦化设计参考资料》编写组.焦化设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1980.
[2] 苏新新.焦化备煤与出焦过程控制系统的设计与实现[D].长沙：中南大学，2004.
[关键词]PLC焦化备煤系统控制
中图分类号：TE624.3+2 文献标识码：TE 文章编号：1009―914X（2013）28―0517―01
備煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、储存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，它包括输煤系统和配煤系统。具体工艺流程是：原煤由火车运入厂区卸车场，卸车场采用门市螺旋卸车机将煤卸入两侧的导料槽，由皮带机送至煤场分类堆放起来；按生产需要，煤再由煤场经过堆取料机和皮带机送至配煤室，各种不同种类的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮带机送至粉碎机室，粉碎后的粉煤由皮带机送至煤塔作为焦炉生产用煤。工艺流程如图1所示。
1、备煤过程工艺流程图
1、基于PLC控制的焦化备煤系统
传统的备煤系统应用继电器—接触器控制方式。虽然继电器比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而可以泛地应用于焦化行业中。
备煤系统的计算机网络控制系统主要由两级控制器构成：上位监控级和下位控制级。
（1）上位监控级包括网络操作站、打印机等，监控备煤过程中的所有信息，进行显示、操作、记录、数据处理、报表输出，并且可以按照一定权限进行控制回路的组态和参数修改等操作。其主要是监视系统各设备的运转状态、过程数据、报警及引导内容的显示、设备操作、参数设定、报表打印等。
（2）下位控制级是通过控制单元所连接的检测和控制设备对生产过程实施控制，并通过通讯电缆与操作站相连，接受操作管理信息并传递实时数据。除此之外，还要通过通讯部件与操作站进行实时通讯，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程，因此PLC需要具有标准化的通讯接口[。
备煤系统的工艺过程多以顺序控制为主，基于PLC对于顺序控制所具有的独特的优势，控制系统以遵循现场总线通讯协议的PLC为优选对象。PLC的通信包括PLC各站点之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其它智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。
2、系统硬件结构
控制级选由西门子的S7-300系列PLC控制器等构成。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握。控制量模块包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出，模块的数量和配置由当地工作站的所需控制和采集的点数所决定。
3、控制软件设计与实现
IPC+PLC模式的过程控制系统的控制器选用STEP7联锁、逻辑控制，在进行软件编制之前，需要依据实际的控制模块在操作站上进行硬件组态配置，硬件组态也是一种图形化的组态方式，硬件组态的所有模块都可以从STEP7提供的组件库中找到相应的型号将其拖放到相应的位置，并将其属性设置成与实际硬件一致。硬件组态后下载到相应的过程控制站，这样使得实际硬件安装模块和硬件组态一致，从而I/O模块上的每一点的点号地址就得以确认。
3.1 控制软件设计
在整个控制系统中，采用可编过程控制器作为下位机和工业控制计算机通信，对设备的运行情况进行实时采样，并在屏幕上显示系统的仿真画面，兼作故障报警，报表等。PLC作为前端执行机构，具体负责自动开关机，并将前端采集回来的模拟量和数字量处理后传送给上位机，由上位机进一步进行处理。PLC的I/O部分主要由输入模块和输出模块两部分组成，输出部分可直接驱动外部继电器的通断来实现外部对象的控制；输入模块可接收与其相连的输入设备的数据，并应用这些数据去监视被控系统，当程序请求某动作时，PLC发送指令给与其相连的输出设备以产生动作。
3.2 控制软件实现
3.2.1 软件开发工具
在PCS7过程控制系统中，下位机采用软件STEP7对控制系统进行设计和程，STEP7[16]是一个对S7-300和S7-400PLC进行编程的应用软件包，是用SIMATIC可编程控制器组态和编程的标准软件包，它是SIMATIC工业软件的组部分。
3.2.2系统运行实现
输煤系统具有三种工作状态：集中启动，净化停止，紧急停止。在系统的设计中根据不同的起点、中间点、终点划分为不同的运行方式。
3.2.3故障处理实现
（1）故障点上流设备处理
由于设备逆料流启动，下流设备的运转信号是上流设备的启动信号。若某台设备发生重故障，在外部继电器工作正常的情况下，无“运转信号”送到PLC中，因此上流设备没有收到启动信号，实现上流设备的一齐停止。
（2）故障点下流设备处理
下流设备依次顺序停止，在PLC中给料线分配故障位，利用故障位实现对故障程序段的引导，实现对故障点以下的设备延时净化停止。故障处理模块放在集中启动FC中进行，运行过程中控制模块采集到故障信号，中断直接跳转到料线故障位引导的故障处理程序。从而上流设备因运转指令取消而立即停止，下流设备的停车指令在故障处理程序中延时给出。设备启动过程中发生的任何故障都可在FC中及时进行处理。
3.2.4 通讯功能实现
SIMATIC PCS7具有ODBC，OLE等标准接口，并且应用以太网、Profibus现场总线等开放性网络，从而具有很强的开放性，可以很容易的连接上位机管理系统和其它厂商的控制系统。采用S7-300作为整个控制系统的控制级，实现对开关量输入、输出：模拟量输入信号的处理，采用国际通用的Profibus-DP现场总线标准协议与上位机进行通讯。
4、结论
大型焦化厂生产过程的计算机控制一直是钢铁联合企业的薄弱环节，虽然国内外学者在这方面进行了不少研究工作，并取得了一定成绩，然而焦化生产过程中的介质复杂，测量难度大，工艺流程复杂，各工序既独立又相互关联和影响。另外由于焦化生产过程的有毒污染物多，操作环境恶劣，所以具有一定的难度。本问以PLC控制的焦化备煤系统设计研究对象，着眼于提高企业的生产效率，实现生产过程中的综合自动化问题，以实用、经济为原则，开发了一套基于IPC＋PLC模式的两级计算机备煤控制系统。在系统的设计和开发过程中，运用了PLC和现场总线技术，解决了一系列备煤过程中的问题。不仅降低了生产成本、降低操作人员的劳动强度，更使系统实时性和稳定性大大提高，具有良好的社会和经济效益。
参考文献
[1] 《焦化设计参考资料》编写组.焦化设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1980.
[2] 苏新新.焦化备煤与出焦过程控制系统的设计与实现[D].长沙：中南大学，2004.