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可編程序控制器與工控機(jī)在球團(tuán)配煤系統(tǒng)上的應(yīng)用(一)
[摘要]：介紹了可編程序控制器與工控機(jī)在球團(tuán)廠配煤系統(tǒng)中的應(yīng)用。給出了可編程序控制器作為下位機(jī)，工控機(jī)作為上位機(jī)的一種基本實現(xiàn)方法。結(jié)果表明，所設(shè)計的控制系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)過程的工藝要求。
[關(guān)鍵詞]：可編程序控制器 工控機(jī)
The Application of Supervisor and Controlling System in
heat-Recovery Boiler
Abstract：The Application of Supervisor and Controlling System consisting of PLC and industrial programmable controller for heat-recovery boiler from 180m2 circuldting cooling of sintering machine in New steel factory of Nanjing Iron and Steel Group Co is introduced. To simply introduce heat-recovery boiler constitution and controlling request and to emphatically describe hardware and software constitution
Key words : PLC ;process computer control ; heat-Recovery Boiler
引言
配煤系統(tǒng)是球團(tuán)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部分，煤粉的粒度粗細(xì)、噴吹量，直接決定了球團(tuán)成品的質(zhì)量，另外球團(tuán)廠配煤車間歷來生產(chǎn)環(huán)境惡劣,許多崗位不宜人工值守，故監(jiān)控系統(tǒng)在該環(huán)節(jié)的投入勢在必行。
此外，雖然可編程序控制器已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場惡劣的過程控制中，但PLC 沒有給操作者提供動態(tài)的數(shù)據(jù)顯示界面和報表輸出，人機(jī)交流存在許多不便，而工業(yè)控制計算機(jī)有著十分豐富的商品軟件支持，可以開發(fā)出用戶直觀方便的圖形操作界面，以各種形式動態(tài)輸出顯示數(shù)據(jù)，通過打印機(jī)輸出各種報表。因此，工控機(jī)和可編程控制器的聯(lián)合使用成為必然�？删幊炭刂破髯鳛橄挛粰C(jī)，工控機(jī)作為上位機(jī)，是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)管理、控制一體化的一種有效手段。
下位機(jī)采用德國西門子公司S7-300系列可編程控制器，用于配煤控制系統(tǒng)中； 上位機(jī)采用研華PⅣ普通工控機(jī)， 利用WINDOWS 2000操作環(huán)境下的WINCC工控組態(tài)軟件做出監(jiān)控畫面，對整個配煤控制系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機(jī)監(jiān)控與操作。體現(xiàn)了自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的特點。
配煤系統(tǒng)設(shè)備及控制要求
配煤系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成簡圖如圖1所示
圖1 配煤系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成簡圖
配煤系統(tǒng)包括皮帶輸送系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)、磨煤系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)。
2.1 皮帶輸送系統(tǒng)
皮帶輸送系統(tǒng)由箱式給料機(jī)、1#輸送皮帶、破碎機(jī)、2#輸送皮帶、3#輸送皮帶和檢鐵器等組成。原煤由鏟車放到箱式給料機(jī)上，箱式給料機(jī)將原煤均勻的放到1#輸送皮帶上，由1#輸送皮帶輸送到破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的煤由2#輸送皮帶、3#輸送皮帶輸送到原煤倉。輸送系統(tǒng)按照順序控制方式。正常運行時，啟動順序由后到前，停車順序由前到后，并有時間間隔，保證正常工作時皮帶上無原煤堆積；出現(xiàn)故障，造成某臺設(shè)備停車時，則其前面的設(shè)備立即停止，后面的設(shè)備正常運行。
2．2 喂料系統(tǒng)
喂料系統(tǒng)由圓盤給料機(jī)和稱重皮帶組成。保證勻速、穩(wěn)定地為磨煤系統(tǒng)供煤。圓盤給料機(jī)由變頻器驅(qū)動，與皮帶稱構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
2．3 磨煤系統(tǒng)
磨煤系統(tǒng)由加熱爐、中速磨、主引風(fēng)機(jī)等組成。將喂料系統(tǒng)供給的原煤烘干、磨碎。控制系統(tǒng)中為了保護(hù)中速磨的穩(wěn)定、可靠運行，設(shè)計了許多連鎖控制環(huán)節(jié)。
2．4 噴吹系統(tǒng)
噴吹系統(tǒng)由羅茨風(fēng)機(jī)和工業(yè)配料稱組成。為了保證生產(chǎn)，各配兩套，互為備用。工業(yè)配料稱采用的是德國SCHENK公司的工業(yè)配料稱，一臺為1.6-16t/h, 一臺為0.9-9t/h。
控制系統(tǒng)的構(gòu)成
控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括硬件和軟件兩部分，硬件由西門子S7-300可編程序控制器與研華PⅣ工控機(jī)構(gòu)成。
3．1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖2所示：
圖2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成圖
3.1.1 現(xiàn)場服務(wù)器/客戶機(jī)
本系統(tǒng)比較小，故未設(shè)專門的服務(wù)器、客戶機(jī)，而是將二者合一了。服務(wù)器/客戶機(jī)主要完成PLC 與上位端之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、報警等功能。同時服務(wù)器/客戶端采用西門子WINCC6.0上位監(jiān)控軟件,主要完成對現(xiàn)場各個設(shè)備檢測、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、診斷,包括皮帶輸送系統(tǒng)、喂料系統(tǒng)、磨煤系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)。
現(xiàn)場工程師站
現(xiàn)場工程師站主要完成對電氣儀表基礎(chǔ)自動化設(shè)備的修改與調(diào)試。具體就是根據(jù)系統(tǒng)控制要求的變更，完成各個工藝設(shè)備或工藝過程的順序控制、邏輯控制和PID 調(diào)節(jié)控制的修改與調(diào)試。
PLC
系統(tǒng)有一個PLC 主機(jī)架, 兩個擴(kuò)展機(jī)架，均采用西門子S7-300系列PLC。
3.1.4 系統(tǒng)通訊
西門子S7-300系列PLC提供了廣泛、多種層次及協(xié)議的通信能力,分別為TCP/ IP Ethernet 、Profibus-DP、MPI等，它強(qiáng)有力的通訊功能在本系統(tǒng)中
得到了廣泛的應(yīng)用。
TCP/ IP Ethernet通信 采用100Mb/s光纖冗余總線以太網(wǎng),在可編程控制單元及上位監(jiān)控單元都被分配到獨一無二的IP 地址,可編程控制系統(tǒng)的CPU 通過本站的CP343模板,利用Step7下的I/ O SCANNER 或TCP/ IP 讀寫功能塊設(shè)置IP地址及傳輸?shù)募拇嫫鞯刂?經(jīng)過Switch交換機(jī)在以太網(wǎng)上進(jìn)行信息發(fā)送和接收。上位監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)卡,經(jīng)過Switch交換機(jī)在以太網(wǎng)上與服務(wù)器之間發(fā)送和接收信息。同時操作人員可從遠(yuǎn)程管理站完成工藝過程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、操作數(shù)據(jù)設(shè)定、打印報表等。
Profibus-DP通信 通過CPU 315C 內(nèi)置的DP口與現(xiàn)場的操作師站構(gòu)成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。在
MPI通訊 將CPU 315C 內(nèi)置的MPI口與現(xiàn)場的工程師站計算機(jī)的串口相連，在可編程控制單元及工程師站單元都被分配到獨一無二的站地址，
3.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
軟件結(jié)構(gòu)部分包括Windows 2000操作系統(tǒng)、下位機(jī)編程軟件、上位機(jī)監(jiān)控軟件。
3.2.1 下位機(jī)編程軟件
PLC程序的編制在現(xiàn)場工程師站中完成,本系統(tǒng)采用西門子S7-300的配套編程工具step7 5.2完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、編程、測試、調(diào)試和文檔處理。
首先在step7 5.2的配置器中定義硬件組態(tài)，包括PLC類型、本地I/0、擴(kuò)展I/0、通訊等，在組態(tài)的過程中設(shè)置各模塊的參數(shù)。
其次進(jìn)行程序的編制，程序的編制可使用FBD、SFC、LD、ST、IL等語言，在本程序中運用梯形邏輯Ladder控制和功能塊FBD相結(jié)合的編程方式。利用Concept 提供的編程器,將一段標(biāo)準(zhǔn)的控制邏輯及算法封裝成一個DFB 功能塊,它能夠嵌套寫入梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本文件或指令表中。調(diào)試或應(yīng)用過程中需要改變邏輯控制及算法時,只需改變相應(yīng)的DFB 功能塊,降低了程序編寫的復(fù)雜程度,使程序結(jié)構(gòu)更條理清晰。整個程序包括參數(shù)整定、汽包控制、閥門控制和累計等幾個程序段。
最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。
3.2.2 上位機(jī)監(jiān)控軟件
WINCC工控組態(tài)軟件是德國西門子公司委托美國Micrsoft公司為其開發(fā)的基于Windows 2000的大型應(yīng)用軟件,它集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身,包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件,提供一個友好的用戶界面,使用戶可根據(jù)實際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)應(yīng)用軟件。
◎數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)均為西門子公司的產(chǎn)品，故在上位機(jī)與下位機(jī)之間通訊不需再安裝其它的驅(qū)動程序，即可實現(xiàn)無縫對接
◎?qū)崟r數(shù)據(jù)庫的建立 打開數(shù)據(jù)庫管理器，建立不同類型的塊，通過這些塊可以完成以下的功能:
·從其它塊或直接從驅(qū)動器映像表接收數(shù)據(jù);
·按指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作;
·將數(shù)值輸出到驅(qū)動器映像表。
圖形界面開發(fā)
登錄身份確定及權(quán)限保護(hù) HMI畫面設(shè)有登錄、退出、幫助、診斷按鈕,并賦予不同人員不同的操作級別。譬如賦予操作人員操作的權(quán)利,賦予維護(hù)工程師維護(hù)的權(quán)利,賦予系統(tǒng)工程師組態(tài)的權(quán)利,各類人員根據(jù)不同的權(quán)限可以有權(quán)進(jìn)行不同的操作。其中系統(tǒng)工程師的權(quán)限最大,可以修改、組態(tài)、退出系統(tǒng);操作人員的權(quán)限則相對較小,僅能操作瀏覽主要的操作畫面;維護(hù)工程師可以對某些電氣設(shè)備的運行參數(shù)進(jìn)行修改,瀏覽故障分析畫面,但卻不能對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和修改用戶權(quán)限。
實現(xiàn)主控室對現(xiàn)場設(shè)備及儀表的實時動態(tài)監(jiān)控和檢測 球團(tuán)廠配煤系統(tǒng)HMI 上位機(jī)監(jiān)控操作畫面充分利用了WINCC特有的動態(tài)圖形編輯功能(標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)圖形編輯、高級動態(tài)圖形編輯) ,出色地完成了CRT 操作、過程值顯示、報警等。為了維護(hù)操作的需要,編輯了任務(wù)狀態(tài)顯示畫面、實時趨勢顯示畫面、歷史趨勢顯示畫面、流程圖顯示操作畫面以及各種操作面板(如磨煤操作)。
4、結(jié)論
本系統(tǒng)已經(jīng)在鞍山鋼鐵公司的弓長嶺礦的二球團(tuán)廠投入運行。本系統(tǒng)與該礦的一期球團(tuán)相比，在自動化程度和工人的工作強(qiáng)度、環(huán)境上又很大的提高和改善。同時，自2004年11月投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠,所有指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。
[參考文獻(xiàn)]
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