矩陣編程方法在綜合原料場改造工程中的應用

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用，通過這種方法，將各個流程設備之間復雜的連鎖關系數學模型化，實現PLC的程序控制，使控制過程簡單明了，而且系統運行穩定。

關鍵詞：原料場；PLC；矩陣算法

中圖分類號：TP118 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0029-01

某鋼鐵廠煉鐵廠綜合原料場生產規模按一年578萬 t生鐵生產能力設計，因生產實際需要對該原料場工藝、設備及控制系統進行改造。該工程改造投產后，為現有一燒車間1×86 m2燒結機、二燒車間2×64 m2燒結機、四燒2×36 m2及五燒的2×360 m2燒結機供料。由于供料設備多，供料流程復雜，對控制系統的要求高，因此采用矩陣算法方法，對ABB的AC800F PLC系統進行編程，不但提高了編程效率，而且改善了對不同供料流程切換的速度，這套系統現已應用于該綜合原料場中。

1編程要求

原料場主要工藝設備包括：翻車機，遷車臺，給料機，膠帶機，振動器，卸料小車，堆/取/料機等用電設備及相關的除塵系統設施，由過程控制系統完成的測控工藝項目包括六大系統：鐵路受卸操作系統、公路受卸操作系統、原料輸入操作系統、原料輸出操作系統、儲料場A.B.C.D列操作系統和混勻操作系統。因此，原料場的工藝流程多，各個工藝流程的公用設備多，因此具體編程要求如下：

①每次啟動一個工藝流程，首先檢查該流程每個設備是否有故障，是否被其他流程所占有，如設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，順著料流的方向停止，也就是順啟逆停，以防止堆料。③當流程中某一臺設備發生故障時，它的上游設備要立即停止，下游設備繼續運行排空設備上的料，待故障排除后，上游設備再啟動。④當流程中有一臺設備需要緊急停車時，則該流程的所有設備立即停止運行，待緊急情況解除后，重新啟動該流程方可運行。

因此，在編程時面臨著設備多，連鎖復雜的情況，如果采用傳統的編程方法，需要對每個工藝流程進行編寫，對于該原料場這么多設備和上百條工藝流程來說，重復的工作量過多，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備之間的連鎖關系轉變為數學邏輯運算。當然，在轉變為數學邏輯運算之前，首先要建立一些與工藝流程和設備相關的矩陣。這些相關的矩陣就是一個M×N平面的表格，用一個兩維數組表示，M行用來表示工藝流程，N列用來表示和工藝設備相關的信息。下面通過某一個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分別代替土中單聯給料機，K1#帶式運輸機，K2#帶式運輸機，KF2帶式分料器，G7a#帶式運輸機，G7b#帶式運輸機，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備工作順序建立流程設備矩陣，只要工藝要求不變，這個矩陣一旦建立就不再更改，流程J設備矩陣見表1。

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

采用同樣的方法，在程序中分別建立啟動矩陣、故障矩陣、停止矩陣等矩陣。除此，在程序里的連續區域里建立流程矩陣，流程中用到的設備對應位置1，否則置0，本例流程J對應的流程矩陣見表3。

3實現控制功能

所有的矩陣建立完成后，下一步就是用邏輯運算來時實現連鎖控制。例如啟動本例中的J01流程，則首先將J01流程的流程矩陣和故障矩陣進行邏輯與運算，如果邏輯運算結果全為0，說明J01流程的所有設備沒有故障，初始狀態正常，可以工作；再將流程矩陣和運行矩陣進行邏輯與運算，如果得出的結果全為0，說明J01流程的所有設備處于獨立狀態，沒有被其他流程所占用，當流程矩陣與所有的狀態矩陣進行與運算的結果都為0時，該流程可以進行啟動。

當啟動時，程序按照從低位到高位的順序對流程矩陣的每一位進行檢測，當檢測到某一位為1時，則將啟動矩陣的對應位置1，待該位對應的設備完全啟動后，再將運行矩陣的對應位置1，同時將啟動矩陣該位復位為0。當程序檢測到啟動矩陣該位由1跳變到0時，則繼續向高位檢測，直至將J01流程的流程矩陣檢測完畢，J01流程成功啟動。如果在此時選擇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、運行矩陣進行邏輯運算，與故障矩陣運算結果全為0。與運行矩陣運算結果見表4。

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

當需要J01流程停止時，程序按照從高位到低位的順序對流程矩陣的每一位進行檢測，當檢測到某一位為1時，則將停止矩陣對應位置1，待該位對應的設備完全停止后，再將運行矩陣和停止矩陣的該位復位為0。當程序檢測到停止矩陣該位有1跳變到0時，則繼續向低位檢測，直至將流程矩陣檢測完畢，J01流程順停成功。

如果J01流程中某一設備發生故障，則從該設備所對應的流程矩陣的位起到最低位止所對應的停止矩陣對應位置置1，從而可將J01流程的該設備及其上游設備同時停止。

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

4結語

通過矩陣編程方法，可以大大突破傳統式PLC編程方法的局限，把復雜的控制系統抽象為具體的數學模型，可以大大簡化程序設計過程。

參考文獻：

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

[2] 張艷.一種PLC自動控制程序創新設計方法的研究[J].自動化信息，2008，(1).