郭亮亮

(1.太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012)

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基于PLC的焦化氣源廠焦?fàn)t上料集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭亮亮1，2

(1.太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012)

摘要：對(duì)某焦化氣源廠原有焦?fàn)t上料系統(tǒng)進(jìn)行集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過PLC采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息，根據(jù)工藝流程編制相關(guān)程序，在上位機(jī)圖形界面進(jìn)行控制。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)焦?fàn)t上料過程的連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括設(shè)備的開啟、停止等安全運(yùn)行監(jiān)控、料倉(cāng)煤位等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：PLC；焦化氣源；焦?fàn)t上料；集控系統(tǒng)

煤焦化產(chǎn)業(yè)是我省經(jīng)濟(jì)組成的重要部分，它作為冶煉、化工、基建、煤礦的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，起著不可替代的連接作用。目前我省煤炭相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于低谷，更需要在整合資源，優(yōu)化產(chǎn)能，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率等方面加大投入。

某焦化氣源廠現(xiàn)有兩臺(tái)焦?fàn)t，分別為年產(chǎn)60萬t和90萬t。焦?fàn)t上料系統(tǒng)是兩套焦?fàn)t生產(chǎn)組成的重要配套部分，包含從堆取料機(jī)到煤塔頂層的設(shè)備組成的碎煤及輸送系統(tǒng)，主要完成配煤、碎煤及輸送功能。

該焦化氣源廠原焦?fàn)t上料系統(tǒng)采用手動(dòng)控制，安全系數(shù)較低，生產(chǎn)連續(xù)性差，人員崗位較多。根據(jù)備煤車間的實(shí)際情況，為了進(jìn)一步提高車間設(shè)備運(yùn)行的可靠性與自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)管理水平及工人素質(zhì)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到減員提效的目的，本著安全、可靠、先進(jìn)、實(shí)用、高效的原則，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，現(xiàn)已安裝調(diào)試完畢。

1系統(tǒng)工藝概述

現(xiàn)焦?fàn)t上料系統(tǒng)所含工藝設(shè)備主要包括：19條膠帶機(jī)、4臺(tái)電磁除鐵器、6臺(tái)破碎機(jī)及21個(gè)煤倉(cāng)等設(shè)備。焦?fàn)t上料車間工藝流程如圖1。

圖1　工藝流程圖

汽車或火車將原煤卸入集中緩沖煤倉(cāng)后，通過膠帶機(jī)及堆取料機(jī)落地儲(chǔ)存；取料時(shí)通過堆取料機(jī)斗輪從煤堆取煤后經(jīng)膠帶機(jī)配入煤倉(cāng)；配煤經(jīng)倉(cāng)下配煤給料機(jī)、膠帶機(jī)落入煤塔。具體流程如圖1。

2PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

焦?fàn)t上料集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本著效率高，功能全的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理配置，并根據(jù)實(shí)際情況與當(dāng)今自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的要求，在充分征求現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理人員、工程技術(shù)人員、操作員的意見后提出如下設(shè)計(jì)方案[1]：

1) PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)：焦?fàn)t上料集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)功能，系統(tǒng)嚴(yán)格按照工藝流程設(shè)計(jì)。PLC控制柜放置于焦?fàn)t中控室內(nèi)，PLC采用德國(guó)西門子S7-300系列，柜內(nèi)關(guān)鍵電氣元件，如微型斷路器、繼電器、接觸器等采用施耐德品牌。

2) 上位機(jī)設(shè)計(jì)：上位機(jī)編程采用西門子WINCC 7.0，根據(jù)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到實(shí)用、便捷、安全、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)要求。通過畫面可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，邏輯啟停，并生成信息報(bào)表、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)報(bào)警等相關(guān)內(nèi)容。

3) 通訊系統(tǒng)：PLC和上位機(jī)之間通過以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。同時(shí)，可作為公司管理信息系統(tǒng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過交換機(jī)與焦化廠整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連，共享信息資源。

4) 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要增加保護(hù)和檢測(cè)裝置(如：皮帶級(jí)跑偏開關(guān)、拉繩開關(guān)、堆煤堵塞開關(guān)、煤倉(cāng)雷達(dá)料位計(jì)、電流和溫度監(jiān)測(cè)裝置)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備和人身安全，為安全高效生產(chǎn)提供保障。

5) 在控制中心和現(xiàn)場(chǎng)操作箱安裝打點(diǎn)預(yù)警裝置。開機(jī)前，首先進(jìn)行打點(diǎn)預(yù)告，提示現(xiàn)場(chǎng)人員和檢修人員遠(yuǎn)離設(shè)備處于安全位置，杜絕安全事故的發(fā)生[2]。

焦?fàn)t上料集中控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：2臺(tái)上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(含23.5寸液晶顯示器)、激光打印機(jī)、操作臺(tái)、PLC控制柜、現(xiàn)場(chǎng)傳感器(膠帶跑偏開關(guān)、拉繩急停開關(guān)、溜槽堵塞開關(guān)、速度檢測(cè)器、煤倉(cāng)超聲波料位計(jì)、溫度傳感器)及分線箱、就地操作控制箱等[3]。

3主要監(jiān)控設(shè)備

根據(jù)生產(chǎn)工藝有關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合實(shí)際情況與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本方案對(duì)表1中的設(shè)備及工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。所有數(shù)據(jù)信號(hào)均通過電纜接入到PLC控制柜。

現(xiàn)階段小學(xué)英語教學(xué)中對(duì)自然拼讀法的應(yīng)用較為普遍，但具體應(yīng)用效果仍有待提升。就當(dāng)前自然拼讀法的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀來看，仍存在有待完善之處，例如進(jìn)一步提高重視程度、加大師資力量等。另外很多教師受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響較深，他們整堂課都在進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解，與學(xué)生之間的互動(dòng)很少，而學(xué)生則處于被動(dòng)接受知識(shí)的位置，因此在小學(xué)英語教學(xué)中，教師需要采取有效的教學(xué)手段來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而促進(jìn)小學(xué)英語課堂教學(xué)質(zhì)量的提高。

表1　主要監(jiān)控制設(shè)備表

4整體功能實(shí)現(xiàn)

考慮到聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)的整體性以及控制的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)提供了兩種控制方式：集中聯(lián)鎖控制，機(jī)旁獨(dú)立控制。在設(shè)備的控制電機(jī)旁安裝就地操作箱，操作箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)有兩個(gè)位置信號(hào)：就地，集控[4]。

◆ 集中聯(lián)鎖控制：設(shè)備的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“集控”位置，表示該設(shè)備處在集中聯(lián)鎖控制狀態(tài)，設(shè)備根據(jù)PLC指令，進(jìn)行邏輯啟動(dòng)和停止，就地操作箱啟動(dòng)和停止按鈕無效。集中控制方式分為以下三種：

1) 集控自動(dòng)控制：由集控室上位機(jī)發(fā)出設(shè)備起、停車命令，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的按流程起、停設(shè)備控制。

2) 集控聯(lián)鎖控制：由集控室上位機(jī)發(fā)出單臺(tái)設(shè)備起、停車命令，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的閉鎖起、停控制。

3) 集控單機(jī)控制：由集控室上位機(jī)發(fā)出單臺(tái)設(shè)備起、停車命令，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的單機(jī)起、?？刂?，設(shè)備之間沒有閉鎖功能。

◆ 機(jī)旁獨(dú)立控制：設(shè)備的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“就地”位置，表示設(shè)備處于機(jī)旁獨(dú)立操作狀態(tài)，設(shè)備之間沒有閉鎖功能。對(duì)應(yīng)手動(dòng)位置，操作箱上安裝兩個(gè)按鈕分別為啟動(dòng)按鈕和停車按鈕，作為設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行的控制按鈕。這種控制方式主要用于單個(gè)設(shè)備檢修或聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行的情況。

◆ 緊急停車控制：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)或集控室出現(xiàn)緊急情況，集控室和現(xiàn)場(chǎng)都可以對(duì)系統(tǒng)立即停車；可以由程序或現(xiàn)場(chǎng)緊急停車按鈕控制。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

集控系統(tǒng)軟件是用戶控制設(shè)備及記錄數(shù)據(jù)的重要工具。采用穩(wěn)定可靠的上位機(jī)軟件西門子WINCC 7.0系列編寫專用程序[5]。

5.1集控系統(tǒng)操作流程

1) 啟動(dòng)前操作流程

控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能；就地方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。

流程選擇：當(dāng)選定某一流程后，PLC檢測(cè)與之相關(guān)的輸入信號(hào)狀態(tài)，判斷是否具備啟動(dòng)條件。條件具備后，則可以正常啟動(dòng)。

啟動(dòng)方式：用戶程序按逆煤流方式啟動(dòng)。

其它設(shè)備：對(duì)不參與順序啟動(dòng)的設(shè)備，或無法編入順序啟動(dòng)的設(shè)備，需要在啟動(dòng)前提前運(yùn)行該設(shè)備。

2) 啟動(dòng)過程控制

準(zhǔn)備過程操作完成，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，發(fā)出啟動(dòng)命令，所選系統(tǒng)以指定啟動(dòng)方式運(yùn)行。

在逆煤流啟動(dòng)過程中出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)指令自動(dòng)消除并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，已起設(shè)備繼續(xù)保持運(yùn)行，在排除故障后，可以從故障設(shè)備后延續(xù)啟動(dòng)。

3) 閉鎖聯(lián)鎖控制

生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，逆煤流閉鎖保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警。對(duì)各種保護(hù)、運(yùn)行參數(shù)全程記錄。

4) 順序停車控制

操作員發(fā)出停車命令后，PLC按程序順序停車。

5.2集控系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)[6]

監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面包括工藝流程主畫面、設(shè)備操作分畫面、設(shè)備狀態(tài)顯示分畫面、報(bào)警分畫面及歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)分畫面[7]。

1) 生產(chǎn)流程系統(tǒng)：采用圖形顏色變化及動(dòng)畫對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，所有流程采用不同的線條進(jìn)行描述。利用組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)圖像對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，界面美觀，功能完善，可操作性強(qiáng)，具有較好的用戶體驗(yàn)。

2) 報(bào)警故障記錄：設(shè)備或儀表發(fā)生故障后，實(shí)時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并記錄故障類型、時(shí)間、處理人員、處理方式等相關(guān)信息。

3) 設(shè)備啟停控制：?jiǎn)为?dú)或聯(lián)鎖對(duì)可控設(shè)備進(jìn)行控制，并記錄相關(guān)操作信息。

4) 實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)：對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如：電流、溫度等模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)或歷史趨勢(shì)顯示及存儲(chǔ)。

5) 權(quán)限訪問控制：按照操作人員級(jí)別不同，設(shè)置不同權(quán)限，分為操作員、普通工程師、設(shè)備維護(hù)工程師等[8]。

6結(jié)論

上料系統(tǒng)生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制一直是該廠生產(chǎn)過程的薄弱環(huán)節(jié)，由于生產(chǎn)過程中的料種繁多，工藝流程復(fù)雜，各工序相互關(guān)聯(lián)，加之焦化生產(chǎn)過程的有毒污染物多，操作環(huán)境較為惡劣，所以一直無法實(shí)現(xiàn)完整的集中控制系統(tǒng)。本文以PLC控制的上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，著眼于提高企業(yè)的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化問題，以實(shí)用、經(jīng)濟(jì)為原則，開發(fā)了一套基于PLC模式的計(jì)算機(jī)上料控制系統(tǒng)。其主要工作如下：

1) 分析了上料系統(tǒng)的現(xiàn)狀及工藝流程圖，提出了基于PLC模式的總體設(shè)計(jì)方案，并給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和PLC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，并加以實(shí)施。

2) 闡述了控制軟件設(shè)計(jì)的要求和控制軟件的開發(fā)與運(yùn)行，介紹了系統(tǒng)控制方式、運(yùn)行方式、故障處理和通訊功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并加以實(shí)施。

本系統(tǒng)經(jīng)過安裝調(diào)試，現(xiàn)已投入運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)焦?fàn)t上料過程的連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括設(shè)備的開啟、停止等安全運(yùn)行監(jiān)控、料倉(cāng)煤位等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，能夠有效控制工廠的生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)焦化企業(yè)追求先進(jìn)科技、確保安全生產(chǎn)、強(qiáng)化安全管理的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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Design and Implementation of Coke Oven Feeding Control System in Coking Gas Source Factory Based on PLC

Guo Liangliang1，2

(1.CollegeofInformationEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,TaiyuanShanxi030024,China;2.ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

Abstract:The paper makes a design on the feeding collecting and controlling system for the original coke oven in a coking gas source plant. The status information of equipment is collected through PLC, and the program is compiled according to the process flow. This system realizes the continuous monitoring for the whole process of coke oven loading, including the safe operation of equipment's open and stop monitoring, bunker coal level and all sorts of data monitoring so as to meet the design requirements.

Key words:PLC; coking gas source; feeding for coke oven; collecting and controlling system

收稿日期：2016-03-03

作者簡(jiǎn)介：郭亮亮(1981- )，男，山西太原人，高級(jí)工程師，主要研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制。

文章編號(hào)：1674- 4578(2016)03- 0022- 03

中圖分類號(hào)：TP 29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A