摘 要：結(jié)合包鋼綜合料場(chǎng)的現(xiàn)狀，詳細(xì)論述了運(yùn)用PLC控制技術(shù)在工藝工程中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及控制原理。系統(tǒng)整體采用調(diào)度室與現(xiàn)場(chǎng)相互協(xié)作的監(jiān)控模式，當(dāng)選擇現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)由現(xiàn)場(chǎng)人工控制;選擇遠(yuǎn)方自動(dòng)時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)由中心調(diào)度室下發(fā)控制命令，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制站，由現(xiàn)場(chǎng)各控制器根據(jù)實(shí)際編寫的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)和停止。實(shí)踐表明該系統(tǒng)工作可靠、自動(dòng)化程度高。

關(guān)鍵詞：PLC; 綜合料場(chǎng); 光纖環(huán)網(wǎng); 控制

Abstract: Integrated with the current status of Baotou steel and iron group Comprehensive materials yard, this article discusses the network structure and control theory of PLC technology in the process control engineering in detail. This project wholly used the monitoring mode of control center cooperating with the scene. When choosing the scene manual, motors are running from the scene manual control; When choosing a distant mode automatically, they are running under the control commands sent out by the control center, delivered to the PLC control station in scene through the fiber ring network and according to the actual control procedures in the controller to achieve the equipments’ startup and stop. Practice shows that the system is reliable, high degree of automation.

　　Key words: PLC; Comprehensive materials yard; Optical fiber ring network; Control

1 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)引入工業(yè)控制系統(tǒng)，PLC已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分。包鋼原料場(chǎng)是一個(gè)大型綜合原料處理系統(tǒng)，整個(gè)綜合料場(chǎng)占地約6平方公里。要保證一個(gè)大型現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，首先必須保證原料正常、穩(wěn)定、高效供應(yīng)。包鋼原料場(chǎng)工藝復(fù)雜、設(shè)備多、距離長(zhǎng)，原料場(chǎng)主要生產(chǎn)設(shè)備有：膠帶運(yùn)輸機(jī)、堆料機(jī)、取料機(jī)、帶斗門機(jī)、圓盤給料機(jī)、卸車機(jī)、移動(dòng)小車等。由這些設(shè)備組成輸入、混勻、配料、輸出等主要系統(tǒng)。這些運(yùn)輸系統(tǒng)由皮帶運(yùn)輸機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，工藝流程復(fù)雜。為提高設(shè)備效率，穩(wěn)定地向高爐、燒結(jié)供料，必須實(shí)現(xiàn)原料處理作業(yè)的自動(dòng)化控制[1]。

2 控制系統(tǒng)的組成及原理

　　電氣控制設(shè)備主要由浙江中控技術(shù)有限公司的GCS-1控制系統(tǒng)和各種電機(jī)和變頻器組成。

　　2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　2.1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　由于整個(gè)料場(chǎng)設(shè)備很多，所以控制系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電氣的分配原則分為11個(gè)控制站（電磁站），分別控制混勻系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、礦石及焦炭篩分系統(tǒng)、原料輸入系統(tǒng)、原料輸出系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備。每個(gè)控制站均采用冗余的PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)雙層雙光纖環(huán)網(wǎng)與中心調(diào)度室進(jìn)行通訊，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1。

　　2.1.2 雙層光纖環(huán)網(wǎng)

　　由于系統(tǒng)分站較多，地域廣，而且系統(tǒng)要求的可靠性很高，所以在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用冗余方式。雙層光纖環(huán)網(wǎng)由兩個(gè)平行的單層光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，主要網(wǎng)絡(luò)部件采用MOXA的光纖轉(zhuǎn)RJ45口的光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。它除了具備光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸信號(hào)不易受到干擾的特點(diǎn)外，還具有環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，處在環(huán)網(wǎng)中的任何節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)或環(huán)網(wǎng)中的任一點(diǎn)斷開(kāi)，并不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，只是由原來(lái)的環(huán)網(wǎng)變?yōu)閱慰偩€的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。雙層的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身就具有冗余的功能，使網(wǎng)絡(luò)更加可靠。

　　2.1.3 控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　在各控制站中均配置為冗余的CPU，使各站具有冗余功能，各有兩個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，用于連接兩層光纖環(huán)網(wǎng)。由于整個(gè)綜合料場(chǎng)是一個(gè)整體，工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊密，設(shè)備間連鎖信號(hào)較多，而我們各個(gè)控制站的分站原則是按照電氣站進(jìn)行分離的，主要依據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備所在的地理位置，人為將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分割，所以在各個(gè)控制站的站間數(shù)據(jù)交換將非常頻繁，而且相對(duì)比較重要，因此我們將CPU以太網(wǎng)接口直接與光纖交換機(jī)相連。

　　2.2 控制原理

　　綜合料場(chǎng)作業(yè)流程控制是一種生產(chǎn)過(guò)程控制。原料運(yùn)輸與加工的生產(chǎn)過(guò)程，是在統(tǒng)一控制下的一群設(shè)備的集約化行動(dòng)。原料區(qū)改造后共有作業(yè)流程335條，其中允許同時(shí)運(yùn)行的流程32條;運(yùn)行過(guò)程中可切換路線的流程有49組98條;運(yùn)行過(guò)程中可換料種的流程有11條，此外，還有9組流程具有疊加功能。

　　流程控制要求：

　　1） 擁有相關(guān)設(shè)備的流程，稱為互相“干擾”的流程，通常情況下只允許其中一條運(yùn)行。考慮到系統(tǒng)能力充裕，輸送物料相同，起點(diǎn)不同，終點(diǎn)相同的若干流程可不互相干擾，允許同時(shí)交叉運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，還有一些流程可以相互切換。

　　2） 綜合料場(chǎng)最多可以有25條無(wú)相關(guān)設(shè)備的互相不干擾的流程，這些流程可以同時(shí)運(yùn)行。

　　3） 不論是原料運(yùn)輸作業(yè)還是加工作業(yè)，流程的啟動(dòng)、給料、順停全過(guò)程，必須完全符合工藝要求，必須把整個(gè)生產(chǎn)線上的余料全部排放干凈才能停止。

　　4） 任一流程的順序啟動(dòng)、順序停止或設(shè)備故障，不影響正在運(yùn)行的其它流程。

　　5） 具有完善的流程狀態(tài)演變過(guò)程的顯示和報(bào)警功能，可保障運(yùn)行安全，操作靈活方便[2]。

　　2.2.1 皮帶控制程序

　　皮帶控制包括：普通皮帶控制和正反轉(zhuǎn)皮帶控制，原理類似，下面以普通皮帶控制為例簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)條件具備，自動(dòng)狀態(tài)下按下啟動(dòng)按鈕（或順啟條件具備），首先輸出電鈴信號(hào)，發(fā)出啟動(dòng)警報(bào)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，3秒后發(fā)出皮帶啟動(dòng)指令輸出至現(xiàn)場(chǎng)接觸器，使其動(dòng)作，啟動(dòng)電機(jī)，同時(shí)返回設(shè)備運(yùn)行信號(hào)，會(huì)同啟動(dòng)輸出指令一起為DO輸出做自保持。當(dāng)按下停止按鈕后，自動(dòng)啟動(dòng)回路斷開(kāi)，DO無(wú)輸出，接觸器斷開(kāi)，設(shè)備停止。

　　設(shè)備手動(dòng)啟動(dòng)條件具備，手動(dòng)狀態(tài)下按下手動(dòng)啟動(dòng)壓扣，手動(dòng)啟動(dòng)回路接通，發(fā)出皮帶啟動(dòng)輸出指令至現(xiàn)場(chǎng)接觸器，接觸器動(dòng)作，啟動(dòng)電機(jī)，同時(shí)返回設(shè)備運(yùn)行信號(hào)，會(huì)同啟動(dòng)輸出指令一起為DO輸出做自保持。當(dāng)按下手動(dòng)停止按鈕后，手動(dòng)啟動(dòng)回路斷開(kāi)，DO無(wú)輸出，接觸器斷開(kāi)，設(shè)備停止。

　　2.2.2 設(shè)備連鎖停止

　　當(dāng)所選料線設(shè)備正常運(yùn)行，若料線其中一個(gè)設(shè)備停止（故障或非故障停車），則所選料線此設(shè)備上游設(shè)備將聯(lián)鎖停止，下游設(shè)備仍保持運(yùn)行。例如，若所選料線為A1→A2→A3→A4→A5→A6都處于運(yùn)行裝態(tài)，當(dāng)A5出現(xiàn)故障停車時(shí)，其上游設(shè)備A1→A2→A3→A4都將停止，而下游設(shè)備A6則仍處于運(yùn)行狀態(tài)。由于料場(chǎng)控制是順控的過(guò)程，這樣可以避免因中間設(shè)備故障停機(jī)而發(fā)生堆料情況，有效地減少經(jīng)濟(jì)損失。

　　2.2.3 設(shè)備順起

　　設(shè)備順起首先要確定所選料線中各設(shè)備具備自動(dòng)啟動(dòng)條件。選擇合適料線，按下順起按鈕后，設(shè)備將從所選料線從下往上逐個(gè)啟動(dòng)。直至所選擇的料線全部啟動(dòng)完畢后或順起指令發(fā)出100秒后順起復(fù)位。若順起失敗或其他原因需要停止設(shè)備啟動(dòng)，則可按下順起復(fù)位按鈕將其手動(dòng)復(fù)位。

　　2.2.4 倒系統(tǒng)

　　當(dāng)所選料線設(shè)備正常運(yùn)行，若需要小范圍更改料線而不是整個(gè)系統(tǒng)停車，則可執(zhí)行“倒系統(tǒng)”操作。此時(shí)倒系統(tǒng)不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)停車，但是在倒系統(tǒng)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)點(diǎn)擊“倒系統(tǒng)”按鈕使倒系統(tǒng)操作結(jié)束。

　　2.2.5 系統(tǒng)急停

　　在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)常會(huì)發(fā)生人們難以預(yù)料的情況，此時(shí)如果每個(gè)設(shè)備都要現(xiàn)場(chǎng)操作人員手動(dòng)停止的話，往往可能快速性不夠，很難達(dá)到一有情況就全線立即停車的目的。在軟件中設(shè)置“急停”，保證對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故迅速作出反應(yīng)，最大限量達(dá)到避免現(xiàn)場(chǎng)操作人員傷亡和減少經(jīng)濟(jì)損失的效果。當(dāng)監(jiān)控畫面按下“急停”按鈕時(shí)，整個(gè)料場(chǎng)系統(tǒng)所有設(shè)備都會(huì)無(wú)條件停車。

3 系統(tǒng)功能

　　（1）按照生產(chǎn)需要選擇上料、堆料、取料、應(yīng)急取料等不同的流程， 并控制流程上設(shè)備的順序啟動(dòng)、同時(shí)啟動(dòng)、順序停止、同時(shí)停止、緊急停止、故障停止等。

　　（2）可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇不同的含鐵原料， 改變或設(shè)定各種含鐵原料的配比，通過(guò)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所選原料按配比下料。

　　（3）報(bào)表打印功能。可以在每次改變配比后將原配比和新配比打印出來(lái); 可以統(tǒng)計(jì)各班的配料總量、各種原料的消耗量， 在當(dāng)班結(jié)束時(shí)打印出來(lái); 統(tǒng)計(jì)每月的配料總量、各種原料的月消耗量，每月末以報(bào)表的形式打印出來(lái)。

　　（4）報(bào)警功能。本控制系統(tǒng)可以在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控各種關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況，若設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的上下限，則在主控室的上位機(jī)上發(fā)出報(bào)警信息，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施。

　　（5）故障記錄功能。本系統(tǒng)可以記錄在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的設(shè)備， 故障時(shí)間及有關(guān)故障的簡(jiǎn)單信息， 方便維護(hù)人員維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　系統(tǒng)自調(diào)試、投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)良好。實(shí)踐證明，采用GCS-1控制系統(tǒng)及光纖環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很好的適應(yīng)了控制設(shè)備多、采集分站較多、地域分布較廣、實(shí)時(shí)性要求較高，系統(tǒng)可靠性要求高的場(chǎng)合，解決了綜合料場(chǎng)各控制站與中心控制站數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在中心調(diào)度室進(jìn)行集中控制節(jié)省了大量的操作人員和項(xiàng)目投資。在整個(gè)系統(tǒng)中，PLC、變頻器和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合使用，減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜的敷設(shè)，提高了設(shè)備的可靠運(yùn)行和自動(dòng)化程度，降低了設(shè)備維護(hù)量，且在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)省人力、減少中間環(huán)節(jié)，有效提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 王沖輪.PLC在馬鋼原料場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2005,24（1）:110～112

　　[2] 付應(yīng)紅，李曉帆，項(xiàng)進(jìn)解.軟PLC（SoftPLC）技術(shù)、產(chǎn)品及控制方案探討[J].微計(jì)算機(jī)信，2000，16（5）：27～29

　　[3] 鄭晨，鞏建平.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用[M].（第三版）.北京：科學(xué)出版社，1997