施耐德昆騰系列PLC在運焦及篩焦系統中的應用

徐海濤 高巍

【摘要】本文介紹一個基于施耐德PLC控制下的運焦和篩焦過程控制系統。上位機操作站主要實現過程的實時監視和管理，下位機PLC站由施耐德昆騰系列PLC控制器和三個遠程分站構成，采用CONCEPT2.6編程軟件進行程序設計，上位機由西門子WINCC6.2操作軟件實現設備的聯鎖啟停和現場事件的處理。本文主要介紹施耐德昆騰系列PLC在運焦、篩焦過程控制中的應用。

【關鍵詞】運焦系統 篩焦系統 PLC 聯鎖啟停 實時控制

一、前言

本文所提及的運焦及篩焦系統主要是指經干熄焦爐熄焦后的焦炭，經干熄焦爐底部的旋轉密封閥，落入到帶式輸送機上，再由下方帶式輸送機送入篩焦樓內料倉上部，經過三級篩分，按高爐生產工藝要求的焦炭顆粒大小，利用懸臂振動器把焦炭篩分到大、中、小號焦樓料倉內。篩焦樓料倉內的焦炭可直接經下級運焦系統的帶式輸送機運送致高爐系統，滿足高爐生產供料的需要。運焦及篩焦系統主要由帶式輸送機、懸臂振動器、轉運站、篩焦樓及配套的除塵系統等組成。

運焦及篩焦系統要求實現生產過程中各設備的順序邏輯控制，主要是對系統的料線選擇、料線切換、料位聯鎖、運焦起點、運焦終點的確定，以及對整個系統的運行進行控制和管理。通信功能實現新系統與老運焦系統實現料線連鎖功能。為此，我們建立一個基于斯耐得昆騰系列的冗余PLC系統對運焦及篩焦進行過程控制，系統由PLC主站、3個遠程分站和上位機站組成。上位機站主要由4臺工控機實現對生產過程的實時監視和管理，主站由施耐德昆騰系列PLC-14UCPU53414B控制器構成，下位機軟件采用CONCEPT2.6編程軟件進行程序設計，解決設備的聯鎖啟停和現場突發事件的及時處理。

二、PLC系統的結構

整個運焦及篩焦系統料線長、設備多而且分散，加上整個系統生產過程中粉塵較多，設備運行環境十分惡劣，因此必須選用防護等級比較高的PLC來實現對底層設備的控制。斯耐得昆騰系列PLC對惡劣環境適應能力較強，因此我們選用它來做控制系統。

施耐德昆騰系列PLC控制器的模塊化安裝、無風扇結構使系統構成靈活，易于實現多設備分散控制，現場老系統也使用了同品牌PLC設備，更利于通信的連接和建立。因此，我們選用了昆騰系列PLC作為篩焦系統實現復雜順序控制，解決設備的聯鎖啟停的硬件設備。

按設計，運焦及篩焦系統共有數字量1000多點，其中數字量輸入700多點，數字量輸出300多點，另外模擬量輸入接近100點。根據控制點數及要求，中央處理單元選用140CPU53414B冗余系統，利用光纖分別與除塵地面站系統、104轉運站、108轉運站3個遠程PLC站點相連。系統機架之間采用RI/O分支器MA-0185-100及RI/O干線電纜進行通訊。

三，PLC系統設計要求

為了運焦及篩焦系統可靠、穩定運行，該系統滿足以下控制要求：

（1）實現與原有運焦系統的通信，實現設備聯鎖啟停。

（2）料線連鎖設備在啟動和停止過程中，要根據設備逆啟順停的工藝，要求合理設置間隔、延時時間，以保證帶式輸送機無堆料、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，下流設備延時順序停止。

（4）上位機可顯示各條料線的運行情況，并對報警，開關機時間，料位等做出實時記錄。

（一）PLC系統設計思路

在整個系統中，采用研華工業控制計算機作為卜位機，利用WINCC6.2版本軟件與PLC進行通信，對設備的運行情況進行實時監控，并在顯示器上顯示出相對應的生產工藝流程圖畫面，上位機畫面內包括故障報警、數據趨勢、數據報表等數據。在上位機的操縱畫面上，通過對不同料線的選擇，選擇結果送入PLC。PLC根據上位機發出的命令，實現其相對應的功能，實現控制各個設備的同時，同時向上位機反饋各個設備的運行狀態，通過這種閉環控制，實現事故停車處理功能并肩動報警設備，快速響應中央操作室內的各種指令。這樣，操作員與PLC相互配合，實現整個運焦及篩焦系統的可靠控制控制功能。

（二）PLC系統程序的撰寫

施耐德昆騰系列采用CONCEPT2.6作為編程軟件，它除了可以對系統編制邏輯程序以外，同時還可以設定各種系統參數、在線監測系統運行、實時PLC查詢故障等。本系統采用梯形圖LAD語言編程，根據工藝流程，按照不同的聯鎖關系，組成多種料線選擇、運行方式，單體設備控制聯鎖啟動。

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。首先是啟動預警信號，現場預警鈴響起10秒后，啟動被選擇設備相對應的現場除塵閥門。為防止帶式輸送機堆料、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。聯鎖設備啟動完畢后，上位機的監視畫面上由啟動狀態轉換成運行狀態，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“聯鎖停止”命令，結果送入PLC控制器中，使系統停止。由于帶式輸送機停止后，皮帶上面不能殘留余焦，所以要按照順料流方向延時停止，經過一段的余焦傳送時間后，所有的設備才按照工藝要求逐一停止，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“急停”命令。結果送入PLC中，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。

（三）PLC編程實施

在運焦、篩焦系統過程控制中，不同的設備之間存在一定的聯鎖、互鎖關系。編程過程中把設備之間的聯鎖、互鎖關系放在單獨的程序中處理，設備的基本控制根據設備的地理分布、種類進行集中。編程基本實現以下功能①PLC接受過程變量的輸入信號，在程序內對輸入信號進行處理或計算，傳送輸出信號至最終現場設備。②系統對模擬量提供線性化、累計、和報警功能；系統對開關量提供報警和狀態變化的記錄（操作記錄）。③順序控制功能可以執行啟動/停止順序、批量處理或任何預先定義的程序步驟。