CONCEPT在筛焦系统中的研究与应用

本溪市机电工程学校 袁小斐 王秋菊



CONCEPT在筛焦系统中的研究与应用

本溪市机电工程学校 袁小斐 王秋菊

【摘要】研究工业控制计算机在PLC筛焦过程控制系统中的应用。实现过程的实时监视和管理主要依靠操作站，施耐德昆腾系列PLC控制器构成控制站，采用CONCEPT2.6编程软件实现现场问题的处理及设备的启动。本文主要介绍PLC在CONCEPT筛焦系统中的研究与应用。

【关键词】PLC；筛焦系统；联锁启动；实时控制

本钢焦化厂筛焦系统主要是把经过干熄焦炉冷却后的焦炭，从干熄焦炉底通过震动给料器散落在刮板放焦机中，由刮板放焦机切送到皮带机上，再经过皮带的逐级传送到达筛焦楼顶部进行筛焦处理。焦炭在大于25mm，10～25mm，0～10mm的粒度时分别入相应的槽，经过这几级的筛选之后，筛焦楼内的焦炭可以通过下部的带式输送机，与炼铁厂旧有带式输送机上相互连接，直接到达各个高炉直接使用。

这套筛焦系统实现了各设备之间的逻辑顺序控制，对系统中料线的选择及更改更加简便快捷，确定进行控制和管理，以及对系统的各个设备进行实时监督控制。通过光线以及两台环网交换机与上位机通讯，通过CPU通讯与原有运焦系统和炼铁厂的皮带系统的进行信号交换。我们为此建立一个工程师站和两个操作员站对筛焦过程控制系统的PLC进行操作。控制站的PLC采用的是施耐德昆腾系列PLC控制器，设计和编程软件用的是施耐德的CONCEPT2.6，上位机的人机界面采用的是西门子WINCC6.2 SP2软件，通过OFS与PLC进行链接。操作站的主要实现过程的实时监视和管理。这篇文章主要阐述PLC在筛焦过程控制中的应用。

1　控制系统的结构设计与实现

筛焦系统属于典型的以皮带为主的连续性生产自动控制系统，整个系统中皮带通廊和筛焦楼内粉尘较多，系统料线长，故障频发。系统的主要特点为：设备数量多且不集中，料线冗长，环境恶劣，工艺流程连锁条件较多。属于交叉复杂过程控制，相对应的逻辑关系比较复杂。如果采用传统的电气控制方式，则存在由于设备连锁条件多导致现场的接线多、接头更多、由此便给整个系统中增加了更多的故障点，导致整套系统可靠性大大降低，维修量增大等一系列问题。

在整套控制系统中要求各种设备要快速的响应系统给出的各种控制指令，控制系统中需要采集的模拟量信号也比较多，如重量，液压，温度电流，料位，流量等。针对筛焦车间粉尘较多的恶劣工作环境特点，整个筛焦系统设备多而且分散的工作特点，因此必须采用现场适应性强和性能稳定的PLC硬件来实现对现场设备的远程操作和信号采集。综合以上条件，我们选择了施耐德旗下的昆腾系列PLC，采用冗余CPU作为筛焦系统实现设备之间的连锁启动和停止的顺序控制的主站。其模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于用户掌握和实现分布。实现对模拟量及开关量信号的处理，同时完成了与旧有筛焦系统和炼铁厂皮带系统的信号通信。

筛焦工段共有32点数字量输入模板30多块；32点数字量输出模板20多块，8点模拟量输入模板15块。根据现场实际情况，中央处理单元选用140CPU53414B冗余系统，利用光线中继器与除尘地面站系统，以及104转运站，108转运站3个PLC远程站相连，共用一个上位机操作站。

筛焦系统共有6个机架，分布在4个PLC柜子中。其中两个PLC柜位于32#变电所，另两个PLC柜分别位于104转运站和108转运站，晒焦除尘系统有2个机架，位于筛焦除尘地面站内。

采用RI/O分支器 MA-0185-100及RI/O干线电缆进行通讯。

2　软件程序设计

为了确保筛焦系统的稳定可靠运行，控制系统必须满足以下几点要求：

（1）控制方式分为三种，即现场手动操作；上位机单体设备手动操作；上位机部分设备联锁操作；

（2）为了保证无堆料、压料的情况发生，各个料线中的设备在启停过程中，要根据设备“逆启顺停”的原则合理设置时间延时；生产过程中，当某一料线中某一台设备发生故障时，其上层设备应该无延时立即停止，下层设备延时按顺序逐级停止；

（3）实现与原有运焦系统和炼铁厂皮带系统的正常通信；采集炼铁厂接口皮带的运行信号和发送给原有运焦系统接口皮带的运行信号，对报警，开关机时间，上煤量等做出实时详细记录，以及显示各条料线的运行情况。

2.1系统模型建立

在整个筛焦控制系统中，上位机采用研祥系列工控机，系统中采用WINCC制作人机交互界面，兼作故障报警、报表等，对设备的运行情况进行实时采样。首先通过现场操作箱选择现场手动操作和上位机操作两种操作方式。再通过人机交互界面选择画面手动或画面连锁操作，结果通过OFS软件送入PLC中。CPU根据收到的控制指令，通过各种模块将指令送到现场设备中。在控制各个设备运行的同时，采集该设备的各种状态信息， 并且通过CPU再发送给上位机，实现事故停车处理功能并实现上位机声音报警，如果触发连锁停机调节则快速响应指令，设备连锁停车。通过这样的上位机与PLC下位机的相互之间的密切配合，实现整个筛焦系统的监测和控制功能。

2.2程序的开发

筛焦控制系统的编程采用的软件是CONCEPT2.6，Concept是Quantum，产品专用的配置工具。使用方便灵活，通过梯形图编程可以对各种参数进行设定、监测各种设备状态、故障查询等功能。本系统分成若干模块，根据工艺流程，设备的种类，不同的块中有不同的设备，不同的块中有不同的料线，方便维护查找。

在各个设备联锁启动之前，系统会自动判断各个设备的启动条件是否满足启动要求。联锁启动要求设备都处于“中央操作”时，并且满足各种联锁条件才可以联锁启动。若设备都处于满足联锁启动条件时，就可以在画面上点击联锁启动按钮，启动过程中，为防止皮带压料的情况出现，则要求经延时后按顺序逆料流启动该料线上的设备。延时过程中，预警铃预警，同时启动与设备相关的除尘设备。设备运行后，开关量输入模板采集到现场设备运行信号，传送给上位机，上位机的操作员就可以对现场设备情况进行实时监控。

某些情况，系统需停车时，可以在上位机中点击联锁停止按钮，使系统停止。按照料线顺停的工艺要求，设备延时逐一停止，皮带上存料排空后，最后停止相应设备的除尘系统。设备停止后，上位机设备运行信号消失，等待任务指令的再一次下达。

如果遇见突发事件，上位机发出“急停”命令，所有的设备则在较短的时间内接收到停止命令。PLC接收到上位机的停止命令后使设备停止运行，停止中的系统,所有设备运行信号消失。等待任务指令的再一次下达。中控室的操作台面上还有一个“紧急停止”旋钮，当整套设备需要紧急停止时，拍下该按钮后系统立即停止运行。

2.3实现功能

在整个筛焦系统的控制中，每个料线中多个设备之间存在一定的联锁关系。同时料线和料线直接还存在一定得联锁关系。在功能实现过程中，把各个设备之间的联锁关系放在单独的程序块中进行编程，设备的基本控制根据设备的地理分布进行集中。

编程基本实现以下功能：

（1）PLC接受输入信号中的过程变量，然后按照组态数据的要求对输入信号进行处理和计算并传送输出信号至最终控制元件。

（2）连锁控制功能的通过梯形逻辑图，对采集的现场数据进行处理，通过程序的组合，调节控制现场各个设备的启动停止时序来实现。

（3）上位机软件可以对模拟量提供趋势记录和报表管理，开关量故障点有报警记录。

3　结论

本系统是以本钢焦化厂焦二车间筛焦、除尘过程新建工程为实际案例，提供给现场操作人员具有科学性的操作指导，节约了生产成本，提高了生产企业产品的效率，解决了自动化生产过程中的综合问题，以节能为原则，开发了一套施耐德昆腾系列PLC的控制系统，提高了焦化生产过程控制水平。通过对现场设备的调试及运行，均实现了对筛焦过程软件和硬件的监视与控制。

此系统在本钢焦化厂焦二车间运行1年多，从现场运行的一切状况来看，以及除尘设备的除尘效果，基本完成了最初的设计要求，取得了良好的效果。

在对现场的深入了解及项目研究的调试过程来看，自动控制系统在制造系统中普及的重要性让我有了深刻的体会。在生产制造过程中有大量数据进行需要我们去研究和分析，利用研究和分析的结果使我们的生产流程得到更好调整和优化，可以预见，PLC系统和其他系统的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能同时在一个系统中得以实现。另一方面，PLC系统的发展一直是与工业过程控制息息相关，它主要有体积更小，速度更快，功能更强，价格更低，大型网络化，可靠性、兼容性高等特点，正朝着多功能方面发展。