ＱＵＡＮＴＵＭ ＰＬＣ系統在燒結生產工藝中的應用

摘要：該文介紹了QUANTUMPLC系統在燒結生產工藝中的應用，實現了整個燒結工藝流程的連鎖控制和上位機監控，并介紹了網絡組成。

關鍵詞：改造；上位機；CONCEPT；iFIX；Ethernet；RIO

中圖分類號：TP332文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)34-1840-02

The Application of QUANTUM PLC in the Sintering Process

YU Jian-ping， YANG Wei-cheng

(Automation Department， Handan Iron and Steel，Handan 056015， China)

Abstract: The paper introduces the application of QUANTUM PLC in the sintering process， thus the whole sintering process can be automatically controlled and also can bemonitored and manipulated by the operator computer.

Key words: technical reform; operator computer; Concept; iFIX; ethernet; RIO

1 問題提出

90m2燒結機于1991年建成，PLC自動控制系統采用的是美國MODICON公司的584系統，其間經過升級改造，原系統已經被更先進QUANTUM系統取代，但系統已經運行了十多年，通訊方面時常出現一些問題。控制程序一直沿用DOS6.22操作系統下的MODSOFT V2.62開發環境，界面復雜、操作繁瑣、功能簡單；程序本身雖然邏輯嚴密，但長期以來隨著工藝更新，程序也不斷修改，致使結構繁瑣混亂，加上中間點過多，沒有注釋，給維護工作造成很大困難，直接影響了燒結生產的順利運行。

系統原先采用電氣操作臺控制。調度臺與電氣操作臺分置于內外間，啟停時需進入里間才能操作，耗時耗力耗人；另外，由于時間長，電氣操作臺線路老化、虛接，常常引起誤動作，電工查找故障需對圖比照，順線路一點點檢查，這些不利因素增加了人、財、物等各項成本，也極大地影響了生產作業率。一次改造也只是用簡單的iFIX2.5畫面替代電氣操作臺上的按鈕和開關，整個生產工藝仍然通過模擬屏顯示，并沒有實現真正意義上的上位機畫面監控。

2 解決方案

針對此種情況，2006年5月份正式實施改造，并于6月13日投入運行。本著最大限度降低成本的原則，決定仍然采用QUANTUM自動控制系統，控制程序重新編制，采用WINDOWS2000操作系統下的CONCEPT2.6軟件編程；監控畫面采用Ifix2.5軟件，重新制作，將各個工藝流程顯示在畫面上，同時實現故障報警、歷史趨勢顯示；上位機與PLC之間的通訊由以前的MB+改為以太網通訊，速率更快，網絡也更加穩定。

2.1 硬件配置

硬件配置如下：

CPU模板：140 CPU 434 12A

電源模板：140 CPS 114 20

底板：140 XBP 006 00

工控機：研華IPC-610H

顯示器：PHILIPS190S5

以太網模板：140 NOE 771 00

交換機：赫斯曼 RS2-TX

iFIX并口支持硬件密鑰

UPS電源：梅蘭日蘭5KVA

雙絞線、同軸電纜若干

2.1.1 CPU

CPU模板140 CPU 434 12，采用80486處理器，時鐘速率66MHz，邏輯解算時間大大縮短，提高了整個自動化系統的性能。

2.1.2 以太網（Ethernet）高速通訊網絡

上位機與PLC之間通過以太網通訊。以太網是現在普遍采用的局域通訊網絡，采用TCP/IP協議，具有高速、工作方式靈活、高度可擴展、高可用性、調試快速等特點。

2.1.3 遠程IO（RIO）

遠程分站通過RIO 網與控制器通訊。RIO網是一個高速局域網絡，網速達到1.544Mb/s，傳輸介質采用同軸電纜。QUANTUM CPU 可以支持多達31個分站，只要線路上信號衰減小于35dB，最遠可達4572m（15000feet）。系統中每個RIO分支模板要求一個分支器，網絡末端加終端電阻，便于以后系統擴展。

2.1.4 并口支持硬件密鑰

運行iFIX，需要使用硬件密鑰來控制和啟用安裝中可用的軟件選項，并啟用終端服務器頒發許可證，還可以保護Intellution以防非法復制iFIX軟件。現有兩種硬件密鑰，一種支持并口配置，一種支持USB端口配置，我們采用支持并行口配置的硬件密鑰。

該自動控制系統的系統配置圖如圖1。

如圖1所示，該系統共有三臺操作站，冗余備用，事故時不會影響生產正常運行。三臺操作站通過交換機，以雙絞線為傳輸介質，跟以太網通訊模板140 NOE 771 00連接，實現以以太網方式與PLC通訊。以太網通訊方式為ERP采集數據提供了可能，并可以據此實現整個自控系統的遠程集中控制，這是自動化技術發展的方向。根據現場設備配置，系統共有五個電磁站，中控室、原料電磁站、配料電磁站、燒冷電磁站和冷卻電磁站。CPU在中控室，通過遠程IO（RIO）與四個遠程電磁站通訊。由于整個系統只采用一個CPU，傳輸距離太長，信號衰減并致使信號失真不可避免。所以遠程通訊分為兩路，各沿分開線路至不同遠程分站，這樣需將通訊模板通訊口和冗余接口全部占用。這樣的通訊方式雖然在通訊模板上會顯示錯誤，但并不影響正常通訊。分支器采用MA-0185-100（B），遠程通訊末端連接終端電阻，采用52 0422 000。

2.2 軟件

2.2.1 編程軟件

編程軟件Concept 2.5是一種基于Windows環境的編程工具，提供包括多種編程語言的單一開發環境，功能強大，從程序的開發和維護上都大大優于原有的Modsoft 軟件。其優點為：采用Windows操作系統，界面簡單，操作方便； Concept具有聯機的程序編輯功能，編輯完后可立即執行，不必重新下載； Concept提供了多窗口編輯功能，可同時顯示不同區段的程序，方便對照、復制與編輯；具有程序單元輸入功能，可將整個開發工作分解為多個程序單元，獨立輸入；具有程序語法檢查功能及程序測試功能。

90m2燒結機包括含鐵料上料系統（81）、溶劑系統（83）、灰石轉運系統（84）、白煤粗碎系統（85）、白煤細碎系統（87）、上煤系統（88）、配混系統（1、2兩個系列）、燒冷系統（3、4兩個系列）、成品系統（5、6兩個系列）、鋪底料系統和除塵系統。擔負著向幾座高爐輸送燒結礦的任務。工藝流程圖見圖2。

根據工藝流程以及Concept特點，程序分為不同程序段，對應相應的工藝系統，如88系統、配混系統、燒冷系統等，每個程序段采用相同編程思路：

1) 判斷運行條件滿足否。

2) 滿足則由操作人員啟動該系統。

3) 自動延時逆向啟動各設備。

4) 停止方式分為急停和順停，無料時采取急停方式，有料時采取順序停車方式，各設備間有延時。

程序中還考慮了：啟動電鈴；啟動過程超時，則此次啟動失敗；故障報警輸出。程序流程圖見圖3。

整個程序實現了工藝要求的設備連鎖控制條件及系統間連鎖控制條件，其中配料系統實現圓盤全部或部分參與配料，成品系統實現緩倉儲料和高爐直送的無擾動切換。針對系統投運以來經常出現的“打機槍”現象，即設備的輸出信號與輸入反饋信號由于瞬間不穩定，信號交替閃爍，致使接觸器頻繁動作，影響生產及損耗設備問題，程序也加以考慮，采取措施避免了這種現象。

2.2.2 畫面軟件

iFix是Intellution Dynamics自動化軟件中的HMI/SCADA組件，基于Windows NT，實現對生產過程監視和控制的功能。iFIX2.5增加了許多重要功能，結構也加以完善，明顯地減小了自動化工程設計時間，使系統升級和維護更快更簡化，并且大大地增加了生產率。

上位機采用Windows 2000操作系統，I/O驅動器采用MBE，通過以太網通訊方式實現與PLC之間的通訊。

上位機畫面包括總貌畫面、81/88系統、83/84系統、85/87系統、配混系統、燒冷系統、成品系統、鋪底料系統、以及除塵系統，實現了整個工藝流程的實時數據采集、過程監視（圖形顯示）、監視控制功能，并且增加了故障報警、歷史趨勢畫面。畫面盡量貼近現場設備，配置及顏色符合操作工習慣，大畫面及操作子畫面的結合使操作簡單易學。

3 結束語

改造完成后，實現了整個燒結工藝流程的實時監控，通過上位機輕點鼠標即可完成設備啟停，iFIX畫面考慮了人性化設計，畫面上的開關和按鈕增強了直觀操作，操作簡便，加快了識別速度，減少了操作錯誤。Concept軟件界面簡單，方便了程序的修改與維護。

投入運行后，降低了維護成本，可靠性高，查找故障迅速，取得了良好的經濟效益，為燒結生產順利進行提供了有利的保障。

綜觀投入運行后的生產情況，尤其是打機槍現象的解決，大大減少了燒結機停車時間，一臺時燒結礦140噸，每噸燒結礦加工成本60元，按一個月少停車十二小時計，兩臺燒結機一年增加效益：140*2*12*12*60=242萬元，加上減少的設備損耗費3萬元，總計一年創效245萬元。

參考文獻：

[1] 呂為陽，徐昌榮.PLC工程應用實例解析[M].北京:中國電力出版社，2007.

[2] 王筱留.鋼鐵冶金學[M].北京:冶金工業出版社，1994.