施耐德PLC在焦處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

鋼鐵行業(yè)煤化工廠焦處理工藝存在著操作點(diǎn)多，設(shè)備分布比較松散的特點(diǎn)，在滿足工藝要求的前提下，盡量減少勞動(dòng)定員和勞動(dòng)強(qiáng)度，是自動(dòng)化工程技術(shù)人員的課題。隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，充分利用自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就可以得到解決。

2 工藝描述

在攀鋼煤化工廠1#焦?fàn)t易地大修項(xiàng)目中，整個(gè)焦處理按工藝流程可分為運(yùn)焦、篩焦和儲(chǔ)焦、放焦、焦處理除塵等幾部分，運(yùn)焦主要是完成從新1#焦?fàn)t生產(chǎn)處理的焦炭及時(shí)運(yùn)送出來(lái);篩焦主要是將焦炭進(jìn)行篩選分為小于5mm、5mm~10mm、10~25mm、25~80mm、大于80mm等幾種不同規(guī)格的焦炭;儲(chǔ)焦主要是對(duì)篩選后的焦炭按照不同大小分別儲(chǔ)存放在不同的儲(chǔ)焦倉(cāng)內(nèi)，放焦主要是根據(jù)煉鐵廠的需要，把焦炭從儲(chǔ)焦倉(cāng)內(nèi)放到皮帶運(yùn)輸機(jī)上運(yùn)送到不同的目的地，或者把焦炭從儲(chǔ)焦倉(cāng)內(nèi)放到火車(chē)或汽車(chē)等運(yùn)輸工具將不同規(guī)格的焦碳輸送給客戶(hù)。另外，由于焦炭在使用皮帶運(yùn)送過(guò)程中粉塵較大，為了保護(hù)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)工人的身心健康，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套除塵系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)配置

攀鋼煤化工焦處理工藝采用了施耐德電氣公司的Quantum系列控制柜作為過(guò)程控制系統(tǒng)。各控制分站負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)操作員站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和集中控制。

3.1 系統(tǒng)硬件配置

PLC系統(tǒng)的硬件配置如圖1所示。

圖1 焦處理控制系統(tǒng)硬件配置網(wǎng)絡(luò)圖

(1) PLC控制柜

施耐德電氣公司Modicon Quantum系列I/O架構(gòu)可用于三種主要體系結(jié)構(gòu)，以滿足控制系統(tǒng)的要求:本地I/O、遠(yuǎn)程I/O(RIO)和分布式I/O(DIO)，本系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程I/O結(jié)構(gòu)。由于所控制的設(shè)備比較分散、距離較遠(yuǎn)，另外，系統(tǒng)還采用光纖中繼器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)RIO通信方式，這樣可以增強(qiáng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的抗雜波干擾能力，提高整個(gè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定性。

攀鋼煤化工廠的焦處理控制系統(tǒng)共有5套PLC柜，其中1#主站安裝有一塊CPU板，其余均為I/O柜，并且1#、2#、5#柜內(nèi)各有2個(gè)分站，所以本系統(tǒng)共有一個(gè)主站和7個(gè)分站。

主站有一塊CPU板，它可與Concept軟件兼容。為了便于與其他設(shè)備進(jìn)行通訊，安裝有一塊以太網(wǎng)模塊是140 NOE 771 11，它使用Ethernet TCP/IP協(xié)議與操作員站、工程師站進(jìn)行通訊，它的傳輸速率為10/100Mbps。

系統(tǒng)上的每個(gè)分站都安裝有一個(gè)MA-0185-100分支器進(jìn)行，由于4＃站和5#之間的距離較遠(yuǎn)，為了確保通訊順暢，我們采用光纖、光纖中繼器進(jìn)行通訊。

(2) 操作員工作站

考慮到現(xiàn)場(chǎng)情況，本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在中控室配有一臺(tái)操作員站，具體配置如下:

CPU: pentium 4處理器，主頻2.4GHz。硬盤(pán):80G，內(nèi)存:512Mb，網(wǎng)卡:100M，底板:PBP-13L4工業(yè)底板PW-300W，顯示器:三星21"CRT純平，52X光驅(qū)，1.44M軟驅(qū)，帶鍵盤(pán)和光電鼠標(biāo)。

它與控制系統(tǒng)、工程師站組成以太網(wǎng)，可通過(guò)TCP/IP協(xié)議與INTERNET網(wǎng)絡(luò)互連，使用戶(hù)可以在任何地方，通過(guò)INTERNET對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

(3) 工程師站

工程師站的硬件配置與操作員站完全相同。當(dāng)操作員站發(fā)生故障時(shí)，可以馬上通過(guò)設(shè)定操作人員權(quán)限，將工程師站轉(zhuǎn)換成為操作員工作站。

3.2 系統(tǒng)軟件配置

(1) PLC控制系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)采用Concept V2.6版本的軟件包，它是基于Windows 2000平臺(tái)的工業(yè)軟件系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)大的編程組態(tài)功能。Concept非常易于組態(tài)，所有地I/O模塊均可通過(guò)Concept進(jìn)行配置，在軟件中為每個(gè)模塊指定I/O地址，使得在配置中添加和更改模塊極為簡(jiǎn)單，不必因物理位置更改應(yīng)用程序。
具有所有5種IEC61131-3編程語(yǔ)言，分別為順序功能圖表、功能塊圖、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本、指令表。根據(jù)工藝需要，我們采用功能塊圖語(yǔ)言編制應(yīng)用程序。

(2) 操作員站軟件

本系統(tǒng)采用悉雅特公司的1500tag服務(wù)器版監(jiān)控軟件(帶有Schneider Quantum IOServer)制作操作員監(jiān)控畫(huà)面。它是基于Windows 2000平臺(tái)的工業(yè)軟件，直接從PLC程序級(jí)輸入標(biāo)簽定義，可以有效的縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，達(dá)到快速、便捷、準(zhǔn)確的目的，它可以自動(dòng)更新標(biāo)簽，確保與控制系統(tǒng)同步進(jìn)行，并保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，并支持當(dāng)前所有的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，使得站與站之間的過(guò)程數(shù)據(jù)交換暢通無(wú)阻。

4 系統(tǒng)功能

4.1 控制功能

本系統(tǒng)由運(yùn)輸皮帶機(jī)、振動(dòng)篩、翻板等基本設(shè)備組成，利用控制設(shè)備、通訊模塊、監(jiān)控站等裝置,達(dá)到皮帶機(jī)、振動(dòng)篩、翻板集中控制與監(jiān)控的目的。具體實(shí)現(xiàn)的功能如下:

(1) 控制方式分集控自動(dòng)、集控手動(dòng)、就地三種方式可切換。正常生產(chǎn)時(shí)，使用集控自動(dòng)方式，設(shè)備按工藝要求的順序和流程由操作員站自動(dòng)啟停;集控手動(dòng)時(shí)，可在操作員站操作各設(shè)備，有聯(lián)鎖和聯(lián)動(dòng)關(guān)系;在檢修設(shè)備時(shí)采用就地方式，每臺(tái)設(shè)備旁邊均設(shè)有就地操作控制箱，有工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和就地起停鈕便于在現(xiàn)場(chǎng)操作;
(2) 啟動(dòng)設(shè)備前由集控臺(tái)發(fā)預(yù)警信號(hào)，預(yù)警30s后，若現(xiàn)場(chǎng)均滿足集控自動(dòng)啟動(dòng)條件，設(shè)備按順序自動(dòng)啟動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)可用停車(chē)鈕停止啟動(dòng)過(guò)程;設(shè)備啟動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備;
(3) 按工藝要求，整個(gè)焦處理控制系統(tǒng)有22條料線，操作員可以根據(jù)來(lái)料的情況選擇不同的料線，翻板自動(dòng)切換到位，方便快捷。
(4) 皮帶運(yùn)輸機(jī)裝設(shè)拉線開(kāi)關(guān)、跑偏保護(hù)、低速保護(hù)等，這些信號(hào)均接入集控系統(tǒng)，參加設(shè)備的緊急停車(chē)和聯(lián)鎖停車(chē);以保證設(shè)備和人身安全;
(5) 對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行聲光提示。一般故障只報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)非正常停車(chē)或嚴(yán)重故障時(shí)，故障設(shè)備及其下游設(shè)備緊急停車(chē)，上游設(shè)備順煤流延時(shí)聯(lián)鎖停車(chē)。
(6) 可根據(jù)皮帶機(jī)系統(tǒng)的故障性質(zhì)，進(jìn)行緊急停機(jī)、順序停機(jī)或發(fā)出報(bào)警聲光信號(hào);

4.2 監(jiān)控功能

為了確保人員及設(shè)備的安全，操作員可在中控室的操作員站上集中監(jiān)控整個(gè)焦處理的生產(chǎn)過(guò)程，完成對(duì)生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節(jié)的“遙測(cè)、遙信和遙控”，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸焦處理生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化。具體實(shí)現(xiàn)的功能如下:

(1) 提供交互式全中文界面的操作平臺(tái)，實(shí)時(shí)顯示各條料線的設(shè)備設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);
(2) 根據(jù)工藝流程及聯(lián)鎖關(guān)系實(shí)現(xiàn)各條料線的自動(dòng)/手動(dòng)控制;
(3) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有電機(jī)的電流、溫度等參數(shù)?？梢宰尵S護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些機(jī)械設(shè)備的潛在故障隱患;
(4) 在操作員站上按照故障發(fā)生的時(shí)間順序，集中顯示所有控制設(shè)備的故障狀態(tài)、故障類(lèi)型、故障地點(diǎn)、等信息，便于維護(hù)人員查找故障，及時(shí)快速的處理故障;
(5) 為了保證人身安全，對(duì)故障報(bào)警信息進(jìn)行安全確認(rèn)，只有確認(rèn)故障后，才能重新啟動(dòng)設(shè)備。

5 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

該系列的PLC是施耐德公司推出的綜合自動(dòng)化平臺(tái)，具有模塊化的、可擴(kuò)充的結(jié)構(gòu)，并且所有的模塊都能帶電插拔，任何模塊沒(méi)有槽位的限制，它特別適合工業(yè)及生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制。具體的特點(diǎn)如下:

(1) 選用的控制器較先進(jìn)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快;
(2) 采用基于同軸電纜方案的遠(yuǎn)程I/O的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的安全性。系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可隨時(shí)增加節(jié)點(diǎn);
(3) Quantum系列控制柜內(nèi)的通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，傳輸速率為1544Mbps，可靠性高;
(4) 操作員站界面直觀友好，操作簡(jiǎn)便，功能齊全;
(5) 減少布線成本，由于采用遠(yuǎn)距離通訊網(wǎng)絡(luò)，使布線更加方便，并大大減少電纜用量;
(6) 多種操作方式?？刂品绞接?集中聯(lián)動(dòng)、集中手動(dòng)、就地手動(dòng)方式，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式下，所有設(shè)備由中控室操作員通過(guò)操作員站進(jìn)行操作;
(7) 多種流程選擇。在聯(lián)動(dòng)方式下，可根據(jù)工藝選擇運(yùn)輸流程，皮帶啟動(dòng)按逆流方向，并根據(jù)皮帶速度、長(zhǎng)度延時(shí)開(kāi)車(chē)，以免發(fā)生堆積焦炭的現(xiàn)象;
(8) 具有實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)視、安全確認(rèn)機(jī)制和數(shù)據(jù)記錄功能。對(duì)操作員素質(zhì)無(wú)特殊要求，培訓(xùn)簡(jiǎn)單。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該控制系統(tǒng)在焦處理工藝的實(shí)際應(yīng)用中，性能穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較成熟，能夠滿足生產(chǎn)的需要。自今年8月投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，操作維護(hù)方便，為焦?fàn)t的正常生產(chǎn)提供了可靠的保證。