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可編程序控制器與工控機在球團配煤系統上的應用(一)
[摘要]：介紹了可編程序控制器與工控機在球團廠(chǎng)配煤系統中的應用。給出了可編程序控制器作為下位機，工控機作為上位機的一種基本實(shí)現方法。結果表明，所設計的控制系統可以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求。
[關(guān)鍵詞]：可編程序控制器 工控機
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
配煤系統是球團生產(chǎn)環(huán)節的關(guān)鍵部分，煤粉的粒度粗細、噴吹量，直接決定了球團成品的質(zhì)量，另外球團廠(chǎng)配煤車(chē)間歷來(lái)生產(chǎn)環(huán)境惡劣,許多崗位不宜人工值守，故監控系統在該環(huán)節的投入勢在必行。
此外，雖然可編程序控制器已廣泛應用于現場(chǎng)惡劣的過(guò)程控制中，但PLC 沒(méi)有給操作者提供動(dòng)態(tài)的數據顯示界面和報表輸出，人機交流存在許多不便，而工業(yè)控制計算機有著(zhù)十分豐富的商品軟件支持，可以開(kāi)發(fā)出用戶(hù)直觀(guān)方便的圖形操作界面，以各種形式動(dòng)態(tài)輸出顯示數據，通過(guò)打印機輸出各種報表。因此，工控機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，工控機作為上位機，是工業(yè)企業(yè)實(shí)現管理、控制一體化的一種有效手段。
下位機采用德國西門(mén)子公司S7-300系列可編程控制器，用于配煤控制系統中； 上位機采用研華PⅣ普通工控機， 利用WINDOWS 2000操作環(huán)境下的WINCC工控組態(tài)軟件做出監控畫(huà)面，對整個(gè)配煤控制系統實(shí)現了計算機監控與操作。體現了自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的特點(diǎn)。
配煤系統設備及控制要求
配煤系統設備構成簡(jiǎn)圖如圖1所示
圖1 配煤系統設備構成簡(jiǎn)圖
配煤系統包括皮帶輸送系統、喂料系統、磨煤系統、噴吹系統和除塵系統。
2.1 皮帶輸送系統
皮帶輸送系統由箱式給料機、1#輸送皮帶、破碎機、2#輸送皮帶、3#輸送皮帶和檢鐵器等組成。原煤由鏟車(chē)放到箱式給料機上，箱式給料機將原煤均勻的放到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。輸送系統按照順序控制方式。正常運行時(shí)，啟動(dòng)順序由后到前，停車(chē)順序由前到后，并有時(shí)間間隔，保證正常工作時(shí)皮帶上無(wú)原煤堆積；出現故障，造成某臺設備停車(chē)時(shí)，則其前面的設備立即停止，后面的設備正常運行。
2．2 喂料系統
喂料系統由圓盤(pán)給料機和稱(chēng)重皮帶組成。保證勻速、穩定地為磨煤系統供煤。圓盤(pán)給料機由變頻器驅動(dòng)，與皮帶稱(chēng)構成閉環(huán)反饋系統。
2．3 磨煤系統
磨煤系統由加熱爐、中速磨、主引風(fēng)機等組成。將喂料系統供給的原煤烘干、磨碎�？刂葡到y中為了保護中速磨的穩定、可靠運行，設計了許多連鎖控制環(huán)節。
2．4 噴吹系統
噴吹系統由羅茨風(fēng)機和工業(yè)配料稱(chēng)組成。為了保證生產(chǎn)，各配兩套，互為備用。工業(yè)配料稱(chēng)采用的是德國SCHENK公司的工業(yè)配料稱(chēng)，一臺為1.6-16t/h, 一臺為0.9-9t/h。
控制系統的構成
控制系統的構成包括硬件和軟件兩部分，硬件由西門(mén)子S7-300可編程序控制器與研華PⅣ工控機構成。
3．1 系統硬件構成
系統的硬件構成如圖2所示：
圖2 系統的硬件構成圖
3.1.1 現場(chǎng)服務(wù)器/客戶(hù)機
本系統比較小，故未設專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器、客戶(hù)機，而是將二者合一了。服務(wù)器/客戶(hù)機主要完成PLC 與上位端之間的數據傳輸、數據存儲、報警等功能。同時(shí)服務(wù)器/客戶(hù)端采用西門(mén)子WINCC6.0上位監控軟件,主要完成對現場(chǎng)各個(gè)設備檢測、監視、控制、調節、診斷,包括皮帶輸送系統、喂料系統、磨煤系統、噴吹系統和除塵系統。
現場(chǎng)工程師站
現場(chǎng)工程師站主要完成對電氣儀表基礎自動(dòng)化設備的修改與調試。具體就是根據系統控制要求的變更，完成各個(gè)工藝設備或工藝過(guò)程的順序控制、邏輯控制和PID 調節控制的修改與調試。
PLC
系統有一個(gè)PLC 主機架, 兩個(gè)擴展機架，均采用西門(mén)子S7-300系列PLC。
3.1.4 系統通訊
西門(mén)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T(mén)CP/ IP Ethernet 、Profibus-DP、MPI等，它強有力的通訊功能在本系統中
得到了廣泛的應用。
TCP/ IP Ethernet通信 采用100Mb/s光纖冗余總線(xiàn)以太網(wǎng),在可編程控制單元及上位監控單元都被分配到獨一無(wú)二的IP 地址,可編程控制系統的CPU 通過(guò)本站的CP343模板,利用Step7下的I/ O SCANNER 或TCP/ IP 讀寫(xiě)功能塊設置IP地址及傳輸的寄存器地址,經(jīng)過(guò)Switch交換機在以太網(wǎng)上進(jìn)行信息發(fā)送和接收。上位監控系統通過(guò)以太網(wǎng)卡,經(jīng)過(guò)Switch交換機在以太網(wǎng)上與服務(wù)器之間發(fā)送和接收信息。同時(shí)操作人員可從遠程管理站完成工藝過(guò)程的生產(chǎn)數據采集、數據分析、操作數據設定、打印報表等。
Profibus-DP通信 通過(guò)CPU 315C 內置的DP口與現場(chǎng)的操作師站構成現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在
MPI通訊 將CPU 315C 內置的MPI口與現場(chǎng)的工程師站計算機的串口相連，在可編程控制單元及工程師站單元都被分配到獨一無(wú)二的站地址，
3.2 系統軟件構成
軟件結構部分包括Windows 2000操作系統、下位機編程軟件、上位機監控軟件。
3.2.1 下位機編程軟件
PLC程序的編制在現場(chǎng)工程師站中完成,本系統采用西門(mén)子S7-300的配套編程工具step7 5.2完成硬件組態(tài)、參數設置、編程、測試、調試和文檔處理。
首先在step7 5.2的配置器中定義硬件組態(tài)，包括PLC類(lèi)型、本地I/0、擴展I/0、通訊等，在組態(tài)的過(guò)程中設置各模塊的參數。
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(yǔ)言，在本程序中運用梯形邏輯Ladder控制和功能塊FBD相結合的編程方式。利用Concept 提供的編程器,將一段標準的控制邏輯及算法封裝成一個(gè)DFB 功能塊,它能夠嵌套寫(xiě)入梯形圖、功能塊圖、結構化文本文件或指令表中。調試或應用過(guò)程中需要改變邏輯控制及算法時(shí),只需改變相應的DFB 功能塊,降低了程序編寫(xiě)的復雜程度,使程序結構更條理清晰。整個(gè)程序包括參數整定、汽包控制、閥門(mén)控制和累計等幾個(gè)程序段。
最后進(jìn)行聯(lián)機調試。
3.2.2 上位機監控軟件
WINCC工控組態(tài)軟件是德國西門(mén)子公司委托美國Micrsoft公司為其開(kāi)發(fā)的基于Windows 2000的大型應用軟件,它集控制技術(shù)、人機界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數據庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)于一身,包含動(dòng)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(gè)友好的用戶(hù)界面,使用戶(hù)可根據實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應應用軟件。
◎數據采集 系統的上位機和下位機均為西門(mén)子公司的產(chǎn)品，故在上位機與下位機之間通訊不需再安裝其它的驅動(dòng)程序，即可實(shí)現無(wú)縫對接
◎實(shí)時(shí)數據庫的建立 打開(kāi)數據庫管理器，建立不同類(lèi)型的塊，通過(guò)這些塊可以完成以下的功能:
·從其它塊或直接從驅動(dòng)器映像表接收數據;
·按指令對數據進(jìn)行操作;
·將數值輸出到驅動(dòng)器映像表。
圖形界面開(kāi)發(fā)
登錄身份確定及權限保護 HMI畫(huà)面設有登錄、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利,賦予維護工程師維護的權利,賦予系統工程師組態(tài)的權利,各類(lèi)人員根據不同的權限可以有權進(jìn)行不同的操作。其中系統工程師的權限最大,可以修改、組態(tài)、退出系統;操作人員的權限則相對較小,僅能操作瀏覽主要的操作畫(huà)面;維護工程師可以對某些電氣設備的運行參數進(jìn)行修改,瀏覽故障分析畫(huà)面,但卻不能對系統進(jìn)行組態(tài)和修改用戶(hù)權限。
實(shí)現主控室對現場(chǎng)設備及儀表的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控和檢測 球團廠(chǎng)配煤系統HMI 上位機監控操作畫(huà)面充分利用了WINCC特有的動(dòng)態(tài)圖形編輯功能(標準動(dòng)態(tài)圖形編輯、高級動(dòng)態(tài)圖形編輯) ,出色地完成了CRT 操作、過(guò)程值顯示、報警等。為了維護操作的需要,編輯了任務(wù)狀態(tài)顯示畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢顯示畫(huà)面、歷史趨勢顯示畫(huà)面、流程圖顯示操作畫(huà)面以及各種操作面板(如磨煤操作)。
4、結論
本系統已經(jīng)在鞍山鋼鐵公司的弓長(cháng)嶺礦的二球團廠(chǎng)投入運行。本系統與該礦的一期球團相比，在自動(dòng)化程度和工人的工作強度、環(huán)境上又很大的提高和改善。同時(shí)，自2004年11月投產(chǎn)以來(lái)，系統運行穩定、可靠,所有指標達到了設計要求。
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