關鍵詞：篩焦過程，PLC，聯鎖啟動，實時控制
1 引言
篩焦系統主要是將熄焦后的焦炭由熄焦車放入焦臺，經冷卻和補充熄焦后，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。篩焦槽內的焦炭可直接裝火車外運，或經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、轉運站、篩焦樓等組成。
篩焦系統要求實現生產過程中各設備的順序邏輯控制，主要是對系統的選擇、切換、起點、終點的確定以及對系統的運行進行控制和管理。通信功能實現與上位機和舊有運焦系統的通信。為此，我們建立一個基于工業控制計算機和PLC的篩焦過程控制系統，由網絡操作站和控制站。網絡操作站主要實現過程的實時監視和管理，控制站由S7-300 PLC控制器構成，采用STEP7 V5.1編程軟件進行程序設計，解決設備的聯鎖啟動和現場突發事件的及時處理。本文主要介紹PLC在篩焦過程控制中的應用。
2 控制系統的結構設計
整個篩焦系統設備多而且分散，加上篩焦車間粉塵較多，工作環境十分惡劣，因此必須選用抗干擾能力較強的PLC來實現對底層設備的控制。控制系統由上位監控機、PLC主站、控制模塊和現場設備層組成。
在設計中采用S7-300系列PLC控制器。S7-300是模塊化中小型PLC系統，它能滿足中等性能要求的應用。模塊化、無風扇結構使系統構成靈活，易于實現分布，易于用戶掌握。因此，采用S7-300作為篩焦系統實現復雜順序控制，解決設備的聯鎖啟動問題，實現對開關量輸入、輸出信號的處理以及與舊有系統的通信。
篩焦工段共有的控制點數：數字量輸入160點;數字量輸出64點。根據控制點數及要求中央處理單元選用CPU 315-2DP，利用篩焦工段CPU內部的DP接口與地面站系統CPU的DP接口將兩套系統相連，共用一個操作站，使用接口模塊IM 360擴展為3個機架。
篩焦系統共有10個數字量輸入模塊，4個數字量輸出模塊，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據，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，以脈沖的形式將數據打包送至CP 341，CP 341接收到數據后上傳至上位機顯示。
采用國際通用的PROFIBUS-DP現場總線標準協議與上位機進行通信，與舊系統之間進行點對點（PTP）通信。圖1為篩焦系統網絡結構圖。
圖1 篩焦系統網絡結構圖
3 控制系統軟件設計
為了保證篩焦系統的正常、可靠運行，該系統應滿足以下控制要求：
（1） 有中央聯動運轉（自動）和機側單獨運轉（手動）兩種控制方式;
（2） 各個設備在啟動和停止過程中，要根據設備啟動或停止時間合理設置時間間隔（延時），以保證無堆料、壓料的情況;
（3） 運行過程中，某一臺設備發生故障時，其上流設備立即停止，下流設備延時凈化停止;
（4） 實現與舊有運焦系統的通信;
（5） 可顯示各條料線的運行情況，并對報警，開關機時間，上煤量等做出實時記錄。
3.1 系統設計思路
在整個系統中，采用工業控制計算機作為上位機，它與下位機（PLC）進行通信，對設備的運行情況進行實時采樣，并在屏幕上顯示系統的仿真畫面，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，結果送入PLC。下位機根據上位機發出的命令，執行對應的功能塊，在控制各個設備運行的同時，向上位機發送工作組態信息，接受上位機的命令信號，實現事故停車處理功能并啟動報警設備，快速響應中央操作室內的“緊急停車”指令。這樣，上位機與PLC相互配合，實現整個篩焦系統的監測和控制功能。
3.2 系統控制程序的開發
采用軟件STEP7 V5.1對篩焦控制系統進行設計和編程。STEP7是一個對S7-300和S7-400PLC進行編程的應用軟件包，除了可以編制S7程序塊以外，還可以設定各種參數、在線監測、查詢故障等。本系統采用模塊化編程，根據工藝流程，按照不同的聯鎖關系組成多種運行方式，在集控室集中聯鎖控制設備運轉。在編程實現的過程中又可根據運行方式的不同編寫不同的功能（FC）,然后在組織塊（OB1）中，調用各個功能（FC），從而滿足不同控制要求。
在篩焦生產過程中，根據工藝流程分為篩焦前控制系統和篩焦后控制系統，每一個系統又按照不同的起點、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。
圖2 控制程序框圖
集中啟動要求設備都處于“中央操作”時才可以聯鎖啟動。這就需要在設備啟動之前判斷該料線設備是否準備就緒、設備啟動的聯鎖條件是否滿足。若設備都處于 “準備好”狀態，就可以在上位機向PLC發出命令，首先是響起預示信號，啟動被選擇的除塵設備。為防止皮帶壓料的情況，要求經延時后按順序逆料流啟動該料線上的設備，設備啟動后，送給上位機設備的“運轉信號”，進行動態監視。設備啟動起來，上位機得到“運轉信號”，上位機的流程畫面上就可以進行實時監視。
完成任務后，系統需停止工作，上位機發出“凈化停止”命令，結果送入PLC控制器中，調用相應的凈化停止FC。由于皮帶不能堆料所以要按照順料流方向延時停止，經過一段的凈化時間后，所有的設備才一齊停止，最后停止除塵系統。這樣系統處于停止中，設備運轉指示消去，等待下一次的啟動命令。
針對突發事件，需要在較短的時間內迅速停下所有的設備時，上位機發出“一齊停止”命令。結果送入PLC中，調用相應的一齊停止功能塊，使設備全部停止，系統處于停止中,設備運轉指示消去，等待下一次的啟動命令。
操作室控制面板上還設有一個“緊急停止”按鈕，當需要緊急停止整套設備（包括預示信號）時，操作該按鈕，系統實現立即停止，同時啟動“報警指示燈”和“預警響鈴”。
3.3 編程方案
在篩焦系統過程控制中，不同的運行方式之間存在一定的互鎖關系。編程實現過程中把方式之間的鎖定放在主程序中處理，即當選擇了某種方式之后，其他的一些方式將處于無效狀態。然后根據上位機的選擇進入功能塊FC中。現以圖3說明如何在主程序中實現集中啟動，凈化停止和一齊停止的調用。
圖3 系統邏輯框圖
在被調用的FC中，首先進行的是同一料線的三種工作狀態的鎖定，當所有的設備都啟動或停止完畢，當前工作狀態復位，使另外兩種狀態有效，等待下一次的命令。
故障處理放在集中啟動FC中進行，設備啟動過程中發生的任何故障都可在FC中及時進行處理。故障處理完畢，復位故障位，等待下一次的集中啟動。若聯鎖系統上發生重故障的話，該設備停止，其上流設備一齊停止，下流設備經過一段凈化時間后一齊停止。遵循這條原則進行設備的故障處理設計。
4 結論
利用PLC作為下層控制器，工業控制計算機作為上位監測裝置，二者互相配合共同實現了整套篩焦系統預期的控制效果，各項技術指標也達到了設計要求。
參考文獻
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[2] 何二山. 可編程序設計范例大全. 上海：同濟大學出版社，1997
[3] SIMATIC S7-300和S7-400梯形邏輯編程參考手冊
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
