摘要

本文結(jié)合PLC在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)論述了施耐德PLC的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)及其組態(tài)開發(fā)應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際說明了在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。

1 前言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中企業(yè)在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，生產(chǎn)是否滿足環(huán)境保護(hù)的要求也成為企業(yè)的重點(diǎn)工作之一。為適應(yīng)企業(yè)發(fā)展、提高二次能源利用效率，某鋼鐵公司在新建的120噸轉(zhuǎn)爐工程中了設(shè)計(jì)了煤氣回收系統(tǒng)，并采用PLC對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。 當(dāng)前可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)最廣泛的控制設(shè)備，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、能在惡劣環(huán)境下長時(shí)間、不間斷運(yùn)行，且編程簡單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境

煤氣回收生產(chǎn)過程由煙氣凈化、一次除塵風(fēng)機(jī)及煤氣儲柜三部分構(gòu)成。 根據(jù)生產(chǎn)工藝，轉(zhuǎn)爐煤氣回收生產(chǎn)的過程監(jiān)控部分采用典型的兩級監(jiān)控方式。上位經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為主要的人機(jī)界面（Human-Machine Interface）,為生產(chǎn)管理級，完成對下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員；下位機(jī)由施耐德公司的PLC構(gòu)成，為基礎(chǔ)測控級，完成生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及過程控制等，面向生產(chǎn)過程。本文介紹的過程監(jiān)控系統(tǒng)共需要處理190個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、56個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)、118個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和9個(gè)模擬量輸出點(diǎn)，下面就該系統(tǒng)的控制要求作簡要概述：

1、對在生產(chǎn)過程中存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量、物位等模擬量參數(shù)及各傳動裝置運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字量信號，可以通過下位機(jī)對這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并在上位機(jī)上集中顯示，并有報(bào)警、歷史趨勢及操作記錄查詢等功能。

2、煤氣回收生產(chǎn)過程自動控制，即通過下位機(jī)采集反映各電氣設(shè)備及狀態(tài)的數(shù)字量信號和模擬量信號，利用編程軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)煤氣回收系統(tǒng)的生產(chǎn)自動化。 根據(jù)以上的控制要求，下面我們將詳述為滿足轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)所需的硬件配置和軟件編程。

3 系統(tǒng)配置

為了滿足上面提到的控制要求，在本工程中我們采用了施耐德公司的可編程控制器，其采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、以太網(wǎng)模塊、遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊、I/O模板等模塊，并且可以通過遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)架的擴(kuò)展工作方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)配置如圖1，選用的硬件具體如下所示：

1、研華IPC-610-H工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC），采用Pentium Ⅳ處理器，3.40GHz主頻，1G內(nèi)存，160G硬盤；

2、2塊中央處理器CPU434模塊、3塊電源模塊CPS 114 20、1塊以太網(wǎng)模塊NOE 771 11、 1塊主站遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊CRP 932 00、3塊分站遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊CRA 932 00、8塊32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊DDI 353 00、5塊32點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊DDO 353 00、18塊模擬量輸入模塊ACI 030 00和3塊模擬量輸出模塊ACO 020 00。

圖1 系統(tǒng)配置

本控制系統(tǒng)由兩個(gè)主站和兩個(gè)分站構(gòu)成，根據(jù)生產(chǎn)工藝，儲柜系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)相隔較遠(yuǎn)，因此儲柜系統(tǒng)用一套PLC。操作站與控制站間采用以太網(wǎng)通訊，本PLC控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐其它PLC控制系統(tǒng)通過光纖進(jìn)行通訊。

4 軟件組態(tài)

在本系統(tǒng)中，上位機(jī)用iFIX4.0 組態(tài)軟件，下位機(jī)用Concept編程實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹這兩部分的軟件組態(tài)。

4.1 PLC編程

Concept軟件一般有六種編程方式：即SFC、LD、FBD、ST、IL、984LL，本文中采用的是梯形圖編程方式。程序?qū)崿F(xiàn)功能有：

1、切斷閥與調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動控制：切斷閥自動控制時(shí)與風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)聯(lián)鎖，閥門根據(jù)風(fēng)機(jī)高、低速自動進(jìn)行開關(guān)動作。如180度彎頭沖洗水控制閥在風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，自動打開，延時(shí)5分鐘后自動關(guān)閉。調(diào)節(jié)閥與被調(diào)參數(shù)聯(lián)鎖自動進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出控制閥門開度。如二文喉口調(diào)節(jié)閥自動控制為：在吹煉時(shí)，微差壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行，根據(jù)微差壓設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)閥門開度，使轉(zhuǎn)爐罩口微差壓維持在設(shè)定值。不吹煉時(shí)閥門開度自動輸出最大值。

2、風(fēng)機(jī)速度與本體吹煉自動聯(lián)鎖：吹煉時(shí)風(fēng)機(jī)速度自動升至高速，停吹時(shí)風(fēng)機(jī)速度自動降為低速。風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)：風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)根據(jù)各聯(lián)鎖條件值自動停止運(yùn)行，確保設(shè)備及工作人員安全。

3、風(fēng)機(jī)房排水泵及排風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動啟?？刂疲寒?dāng)液位高時(shí)水泵自動啟動、液位低時(shí)自動停止運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)機(jī)房內(nèi)一氧化碳濃度高時(shí)排風(fēng)機(jī)自動啟動，當(dāng)一氧化碳濃度正常時(shí)，排風(fēng)機(jī)自動停止運(yùn)行。

4、煤氣自動回收：當(dāng)吹煉時(shí)產(chǎn)生的煤氣滿足回收條件時(shí)，回收系統(tǒng)的閥門自動開到回收狀態(tài)把煤氣儲存在儲柜中，當(dāng)條件不滿足時(shí)閥門自動動作到放散狀態(tài)，煤氣在煙囪處點(diǎn)火放散。

4.2人機(jī)界面（HMI）組態(tài)

工控組態(tài)軟件iFIX是Intellution Dynamics自動化軟件產(chǎn)品家族中HMI/SCADA最重要的組件，它以iCORE核心，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理兩個(gè)基本功能，是基于WindowsNT/2000平臺上的功能強(qiáng)大的自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案。它運(yùn)用了Microsoft系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持ODBC、VBA、Active控件、ADO、Intetnet和OPC,因此具有不可比擬的開放性及兼容性。用iFIX軟件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1、工藝流程圖：在此畫面中通過編程實(shí)現(xiàn)動態(tài)模擬顯示整個(gè)生產(chǎn)過程，并實(shí)時(shí)顯示了各模擬量的數(shù)值，以便于操作者能及時(shí)準(zhǔn)確的掌握生產(chǎn)狀況。能夠?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行正確的操作以及對其故障進(jìn)行正確快速的判斷。

2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽畫面：生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽畫面分為儀表數(shù)據(jù)總覽與電氣數(shù)據(jù)總覽，兩畫面無操作，可以快速察看所有的生產(chǎn)過程值及各設(shè)備的工作狀態(tài)。

3、報(bào)警記錄：對重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置了報(bào)警值，當(dāng)處于監(jiān)控下的任何一個(gè)變量超出預(yù)先設(shè)定的安全值時(shí)，數(shù)據(jù)顯示將變?yōu)榧t色并閃爍，同時(shí)該報(bào)警數(shù)據(jù)自動存儲以備事后分析。

4、實(shí)時(shí)、歷史趨勢圖：在此畫面中出除了可以實(shí)時(shí)顯示變量的變化趨勢，操作員還可以檢查過去的過程數(shù)據(jù)記錄，通過對過去歷史趨勢的比較進(jìn)而可以對變量未來的發(fā)展趨勢做進(jìn)一步的預(yù)測。實(shí)時(shí)趨勢圖與歷史趨勢圖便于觀察測量參數(shù)走向，分析生產(chǎn)工藝狀態(tài)，并且便于查找故障。

圖2 趨勢圖畫面

5、操作記錄查詢：在操作記錄中可對操作動作、設(shè)備反饋運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)報(bào)警時(shí)間及驅(qū)動狀態(tài)進(jìn)行按時(shí)間分類查找。對生產(chǎn)全過程的狀態(tài)有了一個(gè)全程記錄。

圖3 數(shù)據(jù)記錄查詢畫面

6、權(quán)限設(shè)置：對重要參數(shù)的改變設(shè)置密碼，當(dāng)有操作權(quán)限時(shí)才能修改。確保操作安全。

5 結(jié)論

本文討論了基于PLC的轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本控制系統(tǒng)已在生產(chǎn)線上得到實(shí)際使用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。這種方法對其它生產(chǎn)線或設(shè)備的控制有一定的參考作用。

黑龍江省伊春市西林鋼鐵公司計(jì)控處

董力鋒

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