摘 要：本文介紹一個基于工業(yè)控制計算機和PLC的篩焦過程控制系統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)操作站和控制站組成。網(wǎng)絡(luò)操作站主要實現(xiàn)過程的實時監(jiān)視和管理，控制站由S7-300 PLC控制器構(gòu)成，采用STEP7 V5.1編程軟件進行程序設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖啟動和現(xiàn)場事件的處理。本文主要介紹PLC在篩焦過程控制中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：篩焦過程，PLC，聯(lián)鎖啟動，實時控制 1 引言 　　篩焦系統(tǒng)主要是將熄焦后的焦炭由熄焦車放入焦臺，經(jīng)冷卻和補充熄焦后，由刮板放焦機切至帶式輸送機上，再由下方帶式輸送機送入篩貯焦槽，經(jīng)過三級篩分，焦炭以大于25mm，10～25mm，0～10mm的粒度分別入槽。篩焦槽內(nèi)的焦炭可直接裝火車外運，或經(jīng)帶式輸送機送到煉鐵舊有帶式輸送機上。篩焦工段主要由焦臺、刮板放焦機、輸送皮帶、轉(zhuǎn)運站、篩焦樓等組成。 　　篩焦系統(tǒng)要求實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各設(shè)備的順序邏輯控制，主要是對系統(tǒng)的選擇、切換、起點、終點的確定以及對系統(tǒng)的運行進行控制和管理。通信功能實現(xiàn)與上位機和舊有運焦系統(tǒng)的通信。為此，我們建立一個基于工業(yè)控制計算機和PLC的篩焦過程控制系統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)操作站和控制站。網(wǎng)絡(luò)操作站主要實現(xiàn)過程的實時監(jiān)視和管理，控制站由S7-300 PLC控制器構(gòu)成，采用STEP7 V5.1編程軟件進行程序設(shè)計，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟動和現(xiàn)場突發(fā)事件的及時處理。本文主要介紹PLC在篩焦過程控制中的應(yīng)用。 2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 　　整個篩焦系統(tǒng)設(shè)備多而且分散，加上篩焦車間粉塵較多，工作環(huán)境十分惡劣，因此必須選用抗干擾能力較強的PLC來實現(xiàn)對底層設(shè)備的控制?？刂葡到y(tǒng)由上位監(jiān)控機、PLC主站、控制模塊和現(xiàn)場設(shè)備層組成。 　　在設(shè)計中采用S7-300系列PLC控制器。S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成靈活，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握。因此，采用S7-300作為篩焦系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜順序控制，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟動問題，實現(xiàn)對開關(guān)量輸入、輸出信號的處理以及與舊有系統(tǒng)的通信。 　　篩焦工段共有的控制點數(shù)：數(shù)字量輸入160點;數(shù)字量輸出64點。根據(jù)控制點數(shù)及要求中央處理單元選用CPU 315-2DP，利用篩焦工段CPU內(nèi)部的DP接口與地面站系統(tǒng)CPU的DP接口將兩套系統(tǒng)相連，共用一個操作站，使用接口模塊IM 360擴展為3個機架。 　　篩焦系統(tǒng)共有10個數(shù)字量輸入模塊，4個數(shù)字量輸出模塊，一個通信卡CP 341，以及一個配合電子皮帶秤使用的CP 341通信處理器。利用CP 341從CF-900B微電腦皮帶秤儀表采集數(shù)據(jù)，CF-900B電子皮帶秤通過其上的微傳感器得到稱重的瞬時值和累計值，以脈沖的形式將數(shù)據(jù)打包送至CP 341，CP 341接收到數(shù)據(jù)后上傳至上位機顯示。 　　采用國際通用的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與上位機進行通信，與舊系統(tǒng)之間進行點對點（PTP）通信。圖1為篩焦系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。 [align=center] 圖1 篩焦系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖[/align] 3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　為了保證篩焦系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下控制要求： 　?。?） 有中央聯(lián)動運轉(zhuǎn)（自動）和機側(cè)單獨運轉(zhuǎn)（手動）兩種控制方式; 　　（2） 各個設(shè)備在啟動和停止過程中，要根據(jù)設(shè)備啟動或停止時間合理設(shè)置時間間隔（延時），以保證無堆料、壓料的情況; 　　（3） 運行過程中，某一臺設(shè)備發(fā)生故障時，其上流設(shè)備立即停止，下流設(shè)備延時凈化停止; 　　（4） 實現(xiàn)與舊有運焦系統(tǒng)的通信; 　?。?） 可顯示各條料線的運行情況，并對報警，開關(guān)機時間，上煤量等做出實時記錄。 　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計思路 　　在整個系統(tǒng)中，采用工業(yè)控制計算機作為上位機，它與下位機（PLC）進行通信，對設(shè)備的運行情況進行實時采樣，并在屏幕上顯示系統(tǒng)的仿真畫面，兼作故障報警、報表等。在上位機的操縱畫面上選擇不同的運行方式和工作狀態(tài)，結(jié)果送入PLC。下位機根據(jù)上位機發(fā)出的命令，執(zhí)行對應(yīng)的功能塊，在控制各個設(shè)備運行的同時，向上位機發(fā)送工作組態(tài)信息，接受上位機的命令信號，實現(xiàn)事故停車處理功能并啟動報警設(shè)備，快速響應(yīng)中央操作室內(nèi)的“緊急停車”指令。這樣，上位機與PLC相互配合，實現(xiàn)整個篩焦系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。 　　3.2 系統(tǒng)控制程序的開發(fā) 　　采用軟件STEP7 V5.1對篩焦控制系統(tǒng)進行設(shè)計和編程。STEP7是一個對S7-300和S7-400PLC進行編程的應(yīng)用軟件包，除了可以編制S7程序塊以外，還可以設(shè)定各種參數(shù)、在線監(jiān)測、查詢故障等。本系統(tǒng)采用模塊化編程，根據(jù)工藝流程，按照不同的聯(lián)鎖關(guān)系組成多種運行方式，在集控室集中聯(lián)鎖控制設(shè)備運轉(zhuǎn)。在編程實現(xiàn)的過程中又可根據(jù)運行方式的不同編寫不同的功能（FC）,然后在組織塊（OB1）中，調(diào)用各個功能（FC），從而滿足不同控制要求。 　　在篩焦生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝流程分為篩焦前控制系統(tǒng)和篩焦后控制系統(tǒng)，每一個系統(tǒng)又按照不同的起點、中間點、終點將作為一種運行方式來劃分，共有14種運行方式，每種運行方式都有“集中啟動”，“凈化停止”，“一齊停止”三種工作狀態(tài)。 [align=center] 圖2 控制程序框圖[/align] 　　集中啟動要求設(shè)備都處于“中央操作”時才可以聯(lián)鎖啟動。這就需要在設(shè)備啟動之前判斷該料線設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒、設(shè)備啟動的聯(lián)鎖條件是否滿足。若設(shè)備都處于 “準(zhǔn)備好”狀態(tài)，就可以在上位機向PLC發(fā)出命令，首先是響起預(yù)示信號，啟動被選擇的除塵設(shè)備。為防止皮帶壓料的情況，要求經(jīng)延時后按順序逆料流啟動該料線上的設(shè)備，設(shè)備啟動后，送給上位機設(shè)備的“運轉(zhuǎn)信號”，進行動態(tài)監(jiān)視。設(shè)備啟動起來，上位機得到“運轉(zhuǎn)信號”，上位機的流程畫面上就可以進行實時監(jiān)視。 　　完成任務(wù)后，系統(tǒng)需停止工作，上位機發(fā)出“凈化停止”命令，結(jié)果送入PLC控制器中，調(diào)用相應(yīng)的凈化停止FC。由于皮帶不能堆料所以要按照順料流方向延時停止，經(jīng)過一段的凈化時間后，所有的設(shè)備才一齊停止，最后停止除塵系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)處于停止中，設(shè)備運轉(zhuǎn)指示消去，等待下一次的啟動命令。 　　針對突發(fā)事件，需要在較短的時間內(nèi)迅速停下所有的設(shè)備時，上位機發(fā)出“一齊停止”命令。結(jié)果送入PLC中，調(diào)用相應(yīng)的一齊停止功能塊，使設(shè)備全部停止，系統(tǒng)處于停止中,設(shè)備運轉(zhuǎn)指示消去，等待下一次的啟動命令。 　　操作室控制面板上還設(shè)有一個“緊急停止”按鈕，當(dāng)需要緊急停止整套設(shè)備（包括預(yù)示信號）時，操作該按鈕，系統(tǒng)實現(xiàn)立即停止，同時啟動“報警指示燈”和“預(yù)警響鈴”。 　　3.3 編程方案 　　在篩焦系統(tǒng)過程控制中，不同的運行方式之間存在一定的互鎖關(guān)系。編程實現(xiàn)過程中把方式之間的鎖定放在主程序中處理，即當(dāng)選擇了某種方式之后，其他的一些方式將處于無效狀態(tài)。然后根據(jù)上位機的選擇進入功能塊FC中?，F(xiàn)以圖3說明如何在主程序中實現(xiàn)集中啟動，凈化停止和一齊停止的調(diào)用。 [align=center] 圖3 系統(tǒng)邏輯框圖[/align] 　　在被調(diào)用的FC中，首先進行的是同一料線的三種工作狀態(tài)的鎖定，當(dāng)所有的設(shè)備都啟動或停止完畢，當(dāng)前工作狀態(tài)復(fù)位，使另外兩種狀態(tài)有效，等待下一次的命令。 　　故障處理放在集中啟動FC中進行，設(shè)備啟動過程中發(fā)生的任何故障都可在FC中及時進行處理。故障處理完畢，復(fù)位故障位，等待下一次的集中啟動。若聯(lián)鎖系統(tǒng)上發(fā)生重故障的話，該設(shè)備停止，其上流設(shè)備一齊停止，下流設(shè)備經(jīng)過一段凈化時間后一齊停止。遵循這條原則進行設(shè)備的故障處理設(shè)計。 4 結(jié)論 　　利用PLC作為下層控制器，工業(yè)控制計算機作為上位監(jiān)測裝置，二者互相配合共同實現(xiàn)了整套篩焦系統(tǒng)預(yù)期的控制效果，各項技術(shù)指標(biāo)也達到了設(shè)計要求。 參考文獻 　　[1] 彭利標(biāo)等. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999 　　[2] 何二山. 可編程序設(shè)計范例大全. 上海：同濟大學(xué)出版社，1997 　　[3] SIMATIC S7-300和S7-400梯形邏輯編程參考手冊