CONCEPT在篩焦系統中的研究與應用

本溪市機電工程學校 袁小斐 王秋菊

?

CONCEPT在篩焦系統中的研究與應用

本溪市機電工程學校 袁小斐 王秋菊

【摘要】研究工業控制計算機在PLC篩焦過程控制系統中的應用。實現過程的實時監視和管理主要依靠操作站，施耐德昆騰系列PLC控制器構成控制站，采用CONCEPT2.6編程軟件實現現場問題的處理及設備的啟動。本文主要介紹PLC在CONCEPT篩焦系統中的研究與應用。

【關鍵詞】PLC；篩焦系統；聯鎖啟動；實時控制

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

這套篩焦系統實現了各設備之間的邏輯順序控制，對系統中料線的選擇及更改更加簡便快捷，確定進行控制和管理，以及對系統的各個設備進行實時監督控制。通過光線以及兩臺環網交換機與上位機通訊，通過CPU通訊與原有運焦系統和煉鐵廠的皮帶系統的進行信號交換。我們為此建立一個工程師站和兩個操作員站對篩焦過程控制系統的PLC進行操作。控制站的PLC采用的是施耐德昆騰系列PLC控制器，設計和編程軟件用的是施耐德的CONCEPT2.6，上位機的人機界面采用的是西門子WINCC6.2 SP2軟件，通過OFS與PLC進行鏈接。操作站的主要實現過程的實時監視和管理。這篇文章主要闡述PLC在篩焦過程控制中的應用。

1　控制系統的結構設計與實現

篩焦系統屬于典型的以皮帶為主的連續性生產自動控制系統，整個系統中皮帶通廊和篩焦樓內粉塵較多，系統料線長，故障頻發。系統的主要特點為：設備數量多且不集中，料線冗長，環境惡劣，工藝流程連鎖條件較多。屬于交叉復雜過程控制，相對應的邏輯關系比較復雜。如果采用傳統的電氣控制方式，則存在由于設備連鎖條件多導致現場的接線多、接頭更多、由此便給整個系統中增加了更多的故障點，導致整套系統可靠性大大降低，維修量增大等一系列問題。

在整套控制系統中要求各種設備要快速的響應系統給出的各種控制指令，控制系統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境特點，整個篩焦系統設備多而且分散的工作特點，因此必須采用現場適應性強和性能穩定的PLC硬件來實現對現場設備的遠程操作和信號采集。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作為篩焦系統實現設備之間的連鎖啟動和停止的順序控制的主站。其模塊化、無風扇結構使系統構成靈活，易于用戶掌握和實現分布。實現對模擬量及開關量信號的處理，同時完成了與舊有篩焦系統和煉鐵廠皮帶系統的信號通信。

篩焦工段共有32點數字量輸入模板30多塊；32點數字量輸出模板20多塊，8點模擬量輸入模板15塊。根據現場實際情況，中央處理單元選用140CPU53414B冗余系統，利用光線中繼器與除塵地面站系統，以及104轉運站，108轉運站3個PLC遠程站相連，共用一個上位機操作站。

篩焦系統共有6個機架，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轉運站和108轉運站，曬焦除塵系統有2個機架，位于篩焦除塵地面站內。

采用RI/O分支器 MA-0185-100及RI/O干線電纜進行通訊。

2　軟件程序設計

為了確保篩焦系統的穩定可靠運行，控制系統必須滿足以下幾點要求：

（1）控制方式分為三種，即現場手動操作；上位機單體設備手動操作；上位機部分設備聯鎖操作；

（2）為了保證無堆料、壓料的情況發生，各個料線中的設備在啟停過程中，要根據設備“逆啟順停”的原則合理設置時間延時；生產過程中，當某一料線中某一臺設備發生故障時，其上層設備應該無延時立即停止，下層設備延時按順序逐級停止；

（3）實現與原有運焦系統和煉鐵廠皮帶系統的正常通信；采集煉鐵廠接口皮帶的運行信號和發送給原有運焦系統接口皮帶的運行信號，對報警，開關機時間，上煤量等做出實時詳細記錄，以及顯示各條料線的運行情況。

2.1系統模型建立

在整個篩焦控制系統中，上位機采用研祥系列工控機，系統中采用WINCC制作人機交互界面，兼作故障報警、報表等，對設備的運行情況進行實時采樣。首先通過現場操作箱選擇現場手動操作和上位機操作兩種操作方式。再通過人機交互界面選擇畫面手動或畫面連鎖操作，結果通過OFS軟件送入PLC中。CPU根據收到的控制指令，通過各種模塊將指令送到現場設備中。在控制各個設備運行的同時，采集該設備的各種狀態信息， 并且通過CPU再發送給上位機，實現事故停車處理功能并實現上位機聲音報警，如果觸發連鎖停機調節則快速響應指令，設備連鎖停車。通過這樣的上位機與PLC下位機的相互之間的密切配合，實現整個篩焦系統的監測和控制功能。

2.2程序的開發

篩焦控制系統的編程采用的軟件是CONCEPT2.6，Concept是Quantum，產品專用的配置工具。使用方便靈活，通過梯形圖編程可以對各種參數進行設定、監測各種設備狀態、故障查詢等功能。本系統分成若干模塊，根據工藝流程，設備的種類，不同的塊中有不同的設備，不同的塊中有不同的料線，方便維護查找。

在各個設備聯鎖啟動之前，系統會自動判斷各個設備的啟動條件是否滿足啟動要求。聯鎖啟動要求設備都處于“中央操作”時，并且滿足各種聯鎖條件才可以聯鎖啟動。若設備都處于滿足聯鎖啟動條件時，就可以在畫面上點擊聯鎖啟動按鈕，啟動過程中，為防止皮帶壓料的情況出現，則要求經延時后按順序逆料流啟動該料線上的設備。延時過程中，預警鈴預警，同時啟動與設備相關的除塵設備。設備運行后，開關量輸入模板采集到現場設備運行信號，傳送給上位機，上位機的操作員就可以對現場設備情況進行實時監控。

某些情況，系統需停車時，可以在上位機中點擊聯鎖停止按鈕，使系統停止。按照料線順停的工藝要求，設備延時逐一停止，皮帶上存料排空后，最后停止相應設備的除塵系統。設備停止后，上位機設備運行信號消失，等待任務指令的再一次下達。

如果遇見突發事件，上位機發出“急停”命令，所有的設備則在較短的時間內接收到停止命令。PLC接收到上位機的停止命令后使設備停止運行，停止中的系統,所有設備運行信號消失。等待任務指令的再一次下達。中控室的操作臺面上還有一個“緊急停止”旋鈕，當整套設備需要緊急停止時，拍下該按鈕后系統立即停止運行。

2.3實現功能

在整個篩焦系統的控制中，每個料線中多個設備之間存在一定的聯鎖關系。同時料線和料線直接還存在一定得聯鎖關系。在功能實現過程中，把各個設備之間的聯鎖關系放在單獨的程序塊中進行編程，設備的基本控制根據設備的地理分布進行集中。

編程基本實現以下功能：

（1）PLC接受輸入信號中的過程變量，然后按照組態數據的要求對輸入信號進行處理和計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，對采集的現場數據進行處理，通過程序的組合，調節控制現場各個設備的啟動停止時序來實現。

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

3　結論

本系統是以本鋼焦化廠焦二車間篩焦、除塵過程新建工程為實際案例，提供給現場操作人員具有科學性的操作指導，節約了生產成本，提高了生產企業產品的效率，解決了自動化生產過程中的綜合問題，以節能為原則，開發了一套施耐德昆騰系列PLC的控制系統，提高了焦化生產過程控制水平。通過對現場設備的調試及運行，均實現了對篩焦過程軟件和硬件的監視與控制。

此系統在本鋼焦化廠焦二車間運行1年多，從現場運行的一切狀況來看，以及除塵設備的除塵效果，基本完成了最初的設計要求，取得了良好的效果。

在對現場的深入了解及項目研究的調試過程來看，自動控制系統在制造系統中普及的重要性讓我有了深刻的體會。在生產制造過程中有大量數據進行需要我們去研究和分析，利用研究和分析的結果使我們的生產流程得到更好調整和優化，可以預見，PLC系統和其他系統的集成必將更加緊密，并很可能以實現數據分析與決策功能同時在一個系統中得以實現。另一方面，PLC系統的發展一直是與工業過程控制息息相關，它主要有體積更小，速度更快，功能更強，價格更低，大型網絡化，可靠性、兼容性高等特點，正朝著多功能方面發展。