PLC控制的焦化備煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）

PLC控制的焦化備煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)PAGEPAGE3PLC控制的焦化備煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：自動(dòng)化控制班級(jí)：xxxx1緒論 31.1研究背景及意義 31.1.1焦化生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述 31.1.2研究目的及意義 41.2現(xiàn)狀研究與研究方法 51.3論文主要內(nèi)容 62控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 72.1備煤工藝流程描述 72.2方案設(shè)計(jì)與論證 82.3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 102.4本章小結(jié) 123控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 123.1控制軟件設(shè)計(jì) 133.1.1運(yùn)轉(zhuǎn)控制功能 133.1.2故障處理功能 153.1.3通信功能 153.2控制軟件實(shí)現(xiàn) 163.2.1軟件開發(fā)工具 163.2.2系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn) 173.2.3故障處理實(shí)現(xiàn) 213.2.4通訊功能實(shí)現(xiàn) 223.3本章小結(jié) 234系統(tǒng)抗干擾措施 244.1硬件措施 254.2軟件措施 264.3本章小結(jié) 27第五章結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致謝 30附錄：備煤程序 302控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1備煤工藝流程描述備煤系統(tǒng)的任務(wù)是將外來(lái)精煤進(jìn)行卸車、儲(chǔ)存并加工配合成符合焦?fàn)t生產(chǎn)要求的煤料，它包括輸煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)。具體工藝流程是：原煤由火車運(yùn)入廠區(qū)卸車場(chǎng)，卸車場(chǎng)采用門市螺旋卸車機(jī)將煤卸入兩側(cè)的導(dǎo)料槽，由皮帶機(jī)送至煤場(chǎng)分類堆放起來(lái)；按生產(chǎn)需要，煤再由煤場(chǎng)經(jīng)過堆取料機(jī)和皮帶機(jī)送至配煤室，各種不同種類的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮帶機(jī)送至粉碎機(jī)室，粉碎后的粉煤由皮帶機(jī)送至煤塔作為焦?fàn)t生產(chǎn)用煤[2]。工藝流程如圖2.1所示。圖2.1備煤過程工藝流程圖本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)煤由卸車場(chǎng)-煤場(chǎng)和煤場(chǎng)-配煤室這兩條料線過程進(jìn)行研究。詳細(xì)流程圖如圖2.2所示：M3M1M6煤場(chǎng)M4M5堆取料機(jī)配煤室火車卸料場(chǎng)M2M3M1M6煤場(chǎng)M4M5堆取料機(jī)配煤室火車卸料場(chǎng)M2備煤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要由兩級(jí)控制器構(gòu)成：上位監(jiān)控級(jí)和下位控制級(jí)。(1)上位監(jiān)控級(jí)包括網(wǎng)絡(luò)操作站、打印機(jī)等,監(jiān)控備煤過程中的所有信息，進(jìn)行顯示、操作、記錄、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表輸出，并且可以按照一定權(quán)限進(jìn)行控制回路的組態(tài)和參數(shù)修改等操作。其主要是監(jiān)視系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、報(bào)警及引導(dǎo)內(nèi)容的顯示、設(shè)備操作、參數(shù)設(shè)定、報(bào)表打印等。(2)下位控制級(jí)是通過控制單元所連接的檢測(cè)和控制設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施控制，并通過通訊電纜與操作站相連，接受操作管理信息并傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本文采用可編程序控制器組建PLC控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分散控制，集中管理。PLC控制網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)備煤生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，因此它需要能夠自動(dòng)采集有關(guān)的各種工藝參數(shù)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，最后輸出4～20MA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)去驅(qū)動(dòng)閥門、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制；除此之外，還要通過通訊部件與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時(shí)接收操作人員通過操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過程，因此PLC需要具有標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口[3]。圖2.3備煤系統(tǒng)框圖本課題主要完成的是下位機(jī)控制級(jí)的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)具有良好的開放性和安全性。下位控制級(jí)以PLC為核心，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制與數(shù)據(jù)采集。備煤控制系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。備煤系統(tǒng)的工藝過程多以順序控制為主，基于PLC對(duì)于順序控制所具有的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，控制系統(tǒng)以遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的PLC為優(yōu)選對(duì)象。PLC的通信包括PLC各站點(diǎn)之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間以及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC系統(tǒng)或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[4]。目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，Profibus是目前最成功的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，已得到廣泛地應(yīng)用。它是不依賴生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過同樣的接口交換信息。Profibus系列中的Profibus-DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速和便宜的通信連接，它的設(shè)計(jì)是專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級(jí)之間進(jìn)行通信使用的，使用Profibus-DP可取代24伏或0-20毫安的并行信號(hào)傳輸，Profibus具體規(guī)定了串行現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)和功能特性，它可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場(chǎng)底層到車間及網(wǎng)絡(luò)化[5]。2.3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)在本文中，控制級(jí)選由西門子的S7-300系列PLC控制器等構(gòu)成。S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)構(gòu)成靈活，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握。控制量模塊包括數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出，模塊的數(shù)量和配置由當(dāng)?shù)毓ぷ髡镜乃杩刂坪筒杉狞c(diǎn)數(shù)所決定[6]。(1)根據(jù)預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)數(shù)及控制回路的數(shù)量采用CPU315作為中央處理單元，存貯空間為64K，滿足控制需要。另一方面基于本系統(tǒng)控制工作站較多的特點(diǎn)，主要利用CPU315的DP通訊口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。(2)數(shù)字量輸入模塊采用SM321類型，用于采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)。(3)數(shù)字量輸出模塊采用SM322類型，用于發(fā)送指令到設(shè)備控制回路，從而在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生動(dòng)作。(4)模擬量輸入模塊采用SM331類型，用于采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)、流量信號(hào)、壓力信號(hào)、瞬時(shí)料量信號(hào)、位置信號(hào)以及閥門狀態(tài)等。(5)模擬量輸出模塊采用SM332類型，直接輸出模擬信號(hào)用于控制現(xiàn)場(chǎng)藕合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置以及電動(dòng)閥開、關(guān)狀態(tài)。根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的備煤系統(tǒng)的所需輸入、輸出點(diǎn)的數(shù)量和對(duì)PLC功能的基本要求，列出設(shè)備清單如下表：表2-1S7-300的設(shè)備清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1CPU模塊CPU31512數(shù)字量輸入模塊SM321：DI1623數(shù)字量輸出模塊SM322:DO1614電源模塊PS30715接口模塊IM3601輸煤系統(tǒng)具有一個(gè)中央操作單元，備煤系統(tǒng)共有的控制點(diǎn)數(shù)：數(shù)字量輸入30點(diǎn)，數(shù)字量輸出15點(diǎn)。以Profibus-DP的協(xié)議形式組成通訊網(wǎng)絡(luò)。共用了3個(gè)信號(hào)模塊：2個(gè)數(shù)字輸入模塊，1個(gè)數(shù)字輸出模塊。如圖2.4所示備煤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖2.4PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.4本章小結(jié)本章首先給出備煤系統(tǒng)的工藝流程圖，然后提出了備煤系統(tǒng)IPC+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)。3控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)IPC+PLC模式的過程控制系統(tǒng)的控制器選用STEP7聯(lián)鎖、邏輯控制，在進(jìn)行軟件編制之前，需要依據(jù)實(shí)際的控制模塊在操作站上進(jìn)行硬件組態(tài)配置，硬件組態(tài)也是一種圖形化的組態(tài)方式，硬件組態(tài)的所有模塊都可以從STEP7提供的元件庫(kù)中找到相應(yīng)的型號(hào)將其拖放到相應(yīng)的位置，并將其屬性設(shè)置成與實(shí)際硬件一致。硬件組態(tài)后下載到相應(yīng)的過程控制站，這樣使得實(shí)際硬件安裝模塊和硬件組態(tài)一致，從而I/O模塊上的每一點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)地址就得以確認(rèn)[7]。3.1控制軟件設(shè)計(jì)為了保證備煤系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行，應(yīng)滿足以下控制要求：(1)系統(tǒng)的控制設(shè)備具備中央聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)(自動(dòng))和機(jī)側(cè)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)(手動(dòng))兩種控制方式，在中央控制室可對(duì)中央聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式下的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操作，對(duì)機(jī)側(cè)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視。(2)設(shè)備在啟動(dòng)和停止過程中，要根據(jù)設(shè)備完全啟動(dòng)或停止的時(shí)間合理設(shè)置間隔(延時(shí))，以保證無(wú)堆料、壓料的現(xiàn)象。(3)逆料流啟動(dòng)料線，運(yùn)行過程中，若某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障，其上流設(shè)備立即停止，下流設(shè)備延時(shí)凈化停止。(4)實(shí)現(xiàn)配煤系統(tǒng)、堆取料機(jī)系統(tǒng)之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，采用可編程序控制器作為下位機(jī)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通信，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并在屏幕上顯示系統(tǒng)的仿真畫面，兼作故障報(bào)警，報(bào)表等。PLC作為前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體負(fù)責(zé)自動(dòng)開關(guān)機(jī)，并將前端采集回來(lái)的模擬量和數(shù)字量處理后傳送給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)一步進(jìn)行處理。PLC的I/O部分主要由輸入模塊和輸出模塊兩部分組成，輸出部分可直接驅(qū)動(dòng)外部繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)外部對(duì)象的控制；輸入模塊可接收與其相連的輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用這些數(shù)據(jù)去監(jiān)視被控系統(tǒng)，當(dāng)程序請(qǐng)求某動(dòng)作時(shí)，PLC發(fā)送指令給與其相連的輸出設(shè)備以產(chǎn)生動(dòng)作。3.1.1運(yùn)轉(zhuǎn)控制功能考慮到聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)的安全性以及控制的有效性，本系統(tǒng)提供了兩種控制方式：中央聯(lián)動(dòng)控制，機(jī)旁單獨(dú)控制。在設(shè)備的控制電機(jī)旁安裝操作箱，操作箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)有兩個(gè)位置信號(hào)：自動(dòng)、手動(dòng)。(1)中央聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)”位置，斷路器合上，表示該設(shè)備處在中央操作狀態(tài)即中央聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備完成，可以啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)PLC程序。(2)機(jī)旁單獨(dú)控制設(shè)備的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置，斷路器合上，表示設(shè)備處于機(jī)旁單獨(dú)操作狀態(tài)。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。啟動(dòng)控制按鈕，設(shè)備機(jī)旁操作，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。如圖3.1所示設(shè)備的控制系統(tǒng)接線圖。圖3.1設(shè)備控制系統(tǒng)接線圖根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的控制要求，將系統(tǒng)大致設(shè)定為三種工作狀態(tài)：集中啟動(dòng)、凈化停止、緊急停止。(1)集中起動(dòng)完成運(yùn)行方式選擇后，選擇“集中起動(dòng)”模式。系統(tǒng)起動(dòng)命令發(fā)出后，現(xiàn)場(chǎng)電笛響起起動(dòng)預(yù)示信號(hào)，20秒后，首先起動(dòng)被選擇的除塵系統(tǒng)，經(jīng)延時(shí)后被選擇的系統(tǒng)設(shè)備按順序逆料流起動(dòng)，系統(tǒng)處于“起動(dòng)中”,該系統(tǒng)內(nèi)全部設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后，完成起動(dòng)過程，系統(tǒng)處于“運(yùn)轉(zhuǎn)中”。(2)凈化停止系統(tǒng)凈化停止命令發(fā)出后，由于皮帶輸送系統(tǒng)不能堆料，必須先停止給料設(shè)備，系統(tǒng)處于“凈化停止中”，經(jīng)過一段時(shí)間凈化后，完成凈化停止過程，該系統(tǒng)的全部設(shè)備一齊停止，再延時(shí)一段時(shí)間（20秒），除塵系統(tǒng)停止，系統(tǒng)處于“停止中”。聯(lián)鎖系統(tǒng)上因?yàn)橐慌_(tái)設(shè)備故障造成停機(jī)，其上流設(shè)備停止，下流設(shè)備經(jīng)過一段凈化時(shí)間后一齊停止。(3)緊急停止按動(dòng)集控室中央操作臺(tái)上的緊急停止按紐，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備全部停止，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)指示消去，并故障報(bào)警指示。3.1.2故障處理功能系統(tǒng)故障分為重故障、輕故障兩類，所有故障均要求在集控室監(jiān)視?，F(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)儀器針對(duì)每臺(tái)設(shè)備有四種故障狀態(tài)：重跑偏、事故開關(guān)、重故障、輕跑偏。(1)重故障：若聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)生重故障，該設(shè)備停止，其上流設(shè)備一齊停止，下流設(shè)備經(jīng)過一段凈化時(shí)間后一齊停止。遵循這條原則進(jìn)行設(shè)備的故障模塊的設(shè)計(jì)。重故障包括以下故障：過負(fù)荷、斷路器跳閘、皮帶拉線故障、皮帶重跑偏、模擬量超過上限設(shè)定值等。(2)輕故障：故障點(diǎn)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不影響其他設(shè)備的運(yùn)行情況。輕故障包括以下故障：皮帶打滑、皮帶輕跑偏，模擬量超過上限設(shè)定值等。3.1.3通信功能備煤PLC系統(tǒng)與上位機(jī)、堆取料機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)配煤系統(tǒng)之間以通信方式互相傳遞信息，實(shí)現(xiàn)與堆取料機(jī)、配煤室的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信[10]。堆取料機(jī)處于煤場(chǎng)中，有一個(gè)控制室可進(jìn)行獨(dú)立的操作，有堆煤、取煤、直通三種運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)前下位機(jī)需要接收到堆取料機(jī)的“備妥信號(hào)”。以卸車到煤場(chǎng)方式為例，堆取料機(jī)屬于堆煤操作，逆料流啟動(dòng)到堆取料機(jī)時(shí)，中央控制室發(fā)出“堆取料機(jī)堆料信號(hào)”至堆取料機(jī)控制室，堆取料機(jī)接收后啟動(dòng)內(nèi)部的一套PLC系統(tǒng)將懸臂皮帶開起來(lái)進(jìn)行堆煤操作同時(shí)反饋一個(gè)“堆取料機(jī)懸臂正轉(zhuǎn)信號(hào)”給中央控制室作為料線上的下一臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)。備煤系統(tǒng)的中央控制室與配煤系統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(PTP)通訊。以配煤后方式為例，按照啟動(dòng)順序當(dāng)所有設(shè)備都運(yùn)行后才啟動(dòng)配煤系統(tǒng)。中央控制室發(fā)出“備煤系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)”，自動(dòng)配煤系統(tǒng)接收該信號(hào)啟動(dòng)圓盤給料機(jī)并反饋“自動(dòng)配煤運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”在上位機(jī)畫面進(jìn)行顯示。若出現(xiàn)故障首先停止自動(dòng)配煤系統(tǒng)給料，中央控制室發(fā)出“備煤系統(tǒng)緊急停止”信號(hào)，配煤系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部的緊急停止處理并取消“自動(dòng)配煤運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”。3.2控制軟件實(shí)現(xiàn)3.2.1軟件開發(fā)工具在PCS7過程控制系統(tǒng)中，下位機(jī)采用軟件STEP7對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和程，STEP7[16]是一個(gè)對(duì)S7-300和S7-400PLC進(jìn)行編程的應(yīng)用軟件包，是用SIMATIC可編程控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它是SIMATIC工業(yè)軟件的組部分。標(biāo)準(zhǔn)軟件包運(yùn)行在Windows95/98/NT4.0/2000/XP下，并與Windows的圖和面向?qū)ο蟮牟僮髟硐嗥ヅ?。STEP7中集成的SIMATIC編程語(yǔ)言和語(yǔ)言表達(dá)式符合EN61131-3或IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包提供了多種功能[11]:(1)硬件、通訊組態(tài)(2)符號(hào)管理器(3)編程語(yǔ)言(LAD/STL/FBD)(4)SIMATIC管理器(5)NETPRO通訊組態(tài)(6)系統(tǒng)自診斷(7)建立變量表為通訊存儲(chǔ)器賦值(8)建立和管理項(xiàng)目資源(9)定義絕對(duì)地址和符號(hào)地址等使用S7-300軟件包除了可以編制S7程序塊以外，還可以設(shè)定各種參數(shù)，線監(jiān)測(cè)，查詢故障等。本項(xiàng)目采用模塊化編程，創(chuàng)建不同的系統(tǒng)項(xiàng)目，組成工重慶學(xué)碩士學(xué)位論文3軟件設(shè)站，加入硬件和通訊組態(tài)，在SIMATIC工作站添加不同的功能模塊。備煤過程制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程，按照不同的聯(lián)鎖關(guān)系組成多種運(yùn)行方式，在集控室集中鎖控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。在編程實(shí)現(xiàn)的過程中又可根據(jù)運(yùn)行方式的不同編寫不同的功(FC)，然后在組織塊(OB1)中，調(diào)用各個(gè)功能(FC)，從而滿足不同控制要求[9]。3.2.2系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)具有三種工作狀態(tài)：集中啟動(dòng)，凈化停止，緊急停止。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)劃分為不同的運(yùn)行方式。如圖3.2所示為輸煤系統(tǒng)各運(yùn)行方式，其中M1-M6表示不同的輸送皮帶。圖3.2輸煤過程圖本課題采用STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包進(jìn)行模塊化編程，創(chuàng)建不同的系統(tǒng)項(xiàng)目，組工作站，加入硬件和通訊組態(tài)，在SIMATIC工作站添加不同的功能模塊[10]。控制統(tǒng)軟件分為幾個(gè)模塊：?jiǎn)?dòng)模塊、停止模塊、故障處理模塊、通信模塊。在主序OB1中實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)功能塊FC的調(diào)用，對(duì)應(yīng)每一條料線編寫相應(yīng)的功能塊，據(jù)上位機(jī)發(fā)出的操作指令執(zhí)行相應(yīng)的功能塊FC。通過判斷調(diào)用條件實(shí)現(xiàn)上、下機(jī)的接口，從而啟動(dòng)正確的功能塊。控制程序首先判斷設(shè)備的啟動(dòng)、聯(lián)鎖條件是否滿足。由以上可知，系統(tǒng)運(yùn)方式繁多，且相互之間存在著互鎖關(guān)系，因此在PLC中給每個(gè)運(yùn)行方式分配一“方式位”，每種運(yùn)行方式包括多條單料線且這些單條料線不能同時(shí)運(yùn)作。程序現(xiàn)時(shí)給每條料線分配互不相同的集中啟動(dòng)位，當(dāng)上位機(jī)選擇方式成立并啟動(dòng)料時(shí)，相應(yīng)的“方式位”和“集中啟動(dòng)位”為1，下位機(jī)接收到啟動(dòng)信號(hào)對(duì)啟動(dòng)模進(jìn)行調(diào)用。同樣，每條料線都分配“停止位”以便在進(jìn)行正常停止時(shí)作為條件用停止模塊。如圖3.3所示控制系統(tǒng)模塊。圖3.3控制系統(tǒng)模塊圖3.4所示為系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng)條件，圖3.5所示為系統(tǒng)聯(lián)鎖停車條件。圖3.4系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng)條件圖3.5系統(tǒng)聯(lián)鎖停車條件控制系統(tǒng)程序流程圖如圖3.6所示。圖3.6控制系統(tǒng)程序流程圖系統(tǒng)在三種運(yùn)行方式下的實(shí)現(xiàn)如下：(1)啟動(dòng)模塊系統(tǒng)啟動(dòng)后，判斷中央操作和故障情況，若不在中央操作狀態(tài)或該料線上有故障存在，那么料線不能啟動(dòng)且處于等待再次啟動(dòng)狀態(tài)。準(zhǔn)備條件具備，現(xiàn)場(chǎng)響起電笛發(fā)出預(yù)示啟動(dòng)信號(hào)，為防止皮帶壓料的情況，要求經(jīng)延時(shí)后按順序逆料流啟動(dòng)。下流設(shè)備在接到上一臺(tái)設(shè)備的“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”后延時(shí)一段時(shí)間啟動(dòng)。啟動(dòng)完畢系統(tǒng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，集中啟動(dòng)復(fù)位，使凈化停止有效，等待上位機(jī)發(fā)出停止指令。如圖3.7所示為料線的啟動(dòng)流程。圖3.7料線啟動(dòng)流程(2)停止模塊完成任務(wù)后，正常情況下系統(tǒng)需停止工作。按照料流的方向順序停止，即先停給料設(shè)備，再停止受料設(shè)備。在程序中使上流設(shè)備的“運(yùn)轉(zhuǎn)指令”消失，外部繼電器動(dòng)作，無(wú)“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”送至PLC利用這樣的條件依次停止下流設(shè)備，當(dāng)所有的設(shè)備停止后，PLC送出“備煤系統(tǒng)正常停止”信號(hào)。這樣系統(tǒng)處于停止中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)指示消去，等待下一次的啟動(dòng)命令。如圖3.8為料線停止流程。圖3.8料線停止流程緊急情況，可以操作控制室內(nèi)的外部緊急停止按鈕。下位機(jī)接到停止命令就調(diào)用一起停止模塊，那么所有設(shè)備將無(wú)條件的一起停止，并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。3.2.3故障處理實(shí)現(xiàn)(1)故障點(diǎn)上流設(shè)備處理由于設(shè)備逆料流啟動(dòng)，下流設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)是上流設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)。若某臺(tái)設(shè)備發(fā)生重故障，在外部繼電器工作正常的情況下，無(wú)“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”送到PLC中，因此上流設(shè)備沒有收到啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)上流設(shè)備的一齊停止。(2)故障點(diǎn)下流設(shè)備處理下流設(shè)備依次順序停止，在PLC中給料線分配故障位，利用故障位實(shí)現(xiàn)對(duì)故障程序段的引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)以下的設(shè)備延時(shí)凈化停止。故障處理模塊放在集中啟動(dòng)FC中進(jìn)行，運(yùn)行過程中控制模塊采集到故障信號(hào)，中斷直接跳轉(zhuǎn)到料線故障位引導(dǎo)的故障處理程序。從而上流設(shè)備因運(yùn)轉(zhuǎn)指令取消而立即停止，下流設(shè)備的停車指令在故障處理程序中延時(shí)給出。設(shè)備啟動(dòng)過程中發(fā)生的任何故障都可在FC中及時(shí)進(jìn)行處理。故障處理完畢，等待下一次的集中啟動(dòng)。故障處理流程框圖如3.9所示。圖3.9系統(tǒng)故障處理框圖3.2.4通訊功能實(shí)現(xiàn)SIMATICPCS7具有ODBC，OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線等開放性網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強(qiáng)的開放性，可以很容易的連接上位機(jī)管理系統(tǒng)和其他廠商的控制系統(tǒng)。采用S7-300作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量輸入、輸出：模擬量輸入信號(hào)的處理，采用國(guó)際通用的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊[14]。如圖3.10所示信號(hào)傳遞情況。圖3.10備煤系統(tǒng)與自動(dòng)配煤、堆取料機(jī)之間的通信根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)及要求，控制級(jí)的中央處理單元選用CPU315-2DP，CPU315-2DP上除了MPI編程口之外還集成有DP口，利用集成在其內(nèi)部的DP接口連接各個(gè)主站和從站，本地站和遠(yuǎn)程站，從而實(shí)現(xiàn)以Profibus-DP的協(xié)議形式組成通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。4系統(tǒng)抗干擾措施備煤設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，其濕熱、高粉塵環(huán)境大大增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障，控制電纜接地也是經(jīng)常發(fā)生的故障，同時(shí)，由于控制電纜與高壓動(dòng)力電纜在一個(gè)電纜溝內(nèi)遠(yuǎn)距離傳輸產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，造成偶然性的誤信號(hào)，系統(tǒng)應(yīng)盡可能地縮短電纜敷設(shè)距離和盡量少地使用電纜。備煤系統(tǒng)運(yùn)行中，各種干擾信號(hào)多，是影響備煤控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。要使控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，增加其抗干擾能力是十分重要的。作為一種應(yīng)用于工業(yè)控制的自動(dòng)裝置，PLC本身具有一定抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，盡管如此由于焦化廠備煤系統(tǒng)運(yùn)行條件惡劣，各類干擾信號(hào)較多，使得抗干擾問題成為備煤控制設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行中的一大難題。許多備煤控制系統(tǒng)不能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾能力差是其最主要的原因[15]。一般來(lái)說(shuō)，PLC系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類，內(nèi)部故障指PLC本身的故障，外部故障指系統(tǒng)與實(shí)際過程相連的傳感器、檢測(cè)開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分的故障。PLC系統(tǒng)的故障分布情況如圖4.1所示：圖4.1PLC系統(tǒng)的故障分布情況圖由圖可知，系統(tǒng)中只有5%的故障發(fā)生在PLC內(nèi)部，說(shuō)明PLC的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部設(shè)備，提高系統(tǒng)可靠性的重點(diǎn)應(yīng)放在外部設(shè)備方面。因此我們從硬件和軟件兩方面考慮，對(duì)外部設(shè)備綜合運(yùn)用以下幾種抗干擾措施，在實(shí)際運(yùn)行中收到了良好效果。4.1硬件措施(1)信號(hào)隔離目前在備煤控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與I/O模塊之間的開關(guān)量信號(hào)是否需經(jīng)繼電器隔離，一直是設(shè)計(jì)中爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。有觀點(diǎn)認(rèn)為不需經(jīng)繼電器隔離，可將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接送到I/O模塊，理由是I/O模塊本身具有一定抗干擾能力，模塊內(nèi)的光電隔離器使信號(hào)在其內(nèi)部、外部電路上完全隔離，再加上阻容濾波電路，便可有效防止干擾的侵入。同時(shí)，由于省去了中間繼電器，系統(tǒng)接線簡(jiǎn)化，系統(tǒng)故障點(diǎn)也隨之減少。我們通過對(duì)備煤系統(tǒng)外部環(huán)境、PLC裝置內(nèi)部電路的分析以及實(shí)地運(yùn)用的考察，認(rèn)為PLC自身有良好的抗干擾性能，但在備煤控制時(shí)采用繼電器隔離仍是十分必要。(2)接地屏蔽在控制系統(tǒng)中，良好接地可消除各電路電流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場(chǎng)及電位差的影響，使其形不成地環(huán)路。接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的重要方法，和屏蔽結(jié)合起來(lái)使用即可解決大部分干擾問題[16]。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問題，而接地形成的環(huán)路干擾影響卻很大，因此通常采用單點(diǎn)接地的方式。PLC控制系統(tǒng)屬于低頻范疇(1MH以下)，也應(yīng)遵循單點(diǎn)接地的原則。為防止不同類型地線之間的干擾，設(shè)計(jì)時(shí)將系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地、屏蔽地分別相連，然后匯集到總的接地點(diǎn)，接入備煤系統(tǒng)接地網(wǎng)。在控制系統(tǒng)中，PLC模塊、電源設(shè)備、繼電器都放在控制柜內(nèi)，對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽較好。噪聲主要由傳輸導(dǎo)線引入，因此對(duì)導(dǎo)線采取屏蔽措施也十分必要。對(duì)I/O信號(hào)采用完全屏蔽的信號(hào)電纜，并且電纜的金屬屏蔽層采用一點(diǎn)接地。若接地點(diǎn)過一個(gè)，接地點(diǎn)之間的電位差將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。(3)采用兩路電源分別供電配煤控制兩路電源都取自配煤綜合樓MCC上，而配煤綜合樓MCC電源取自配煤段，配煤系統(tǒng)中的碎煤機(jī)電源也取自配煤段，在控制狀態(tài)下啟動(dòng)碎煤機(jī)，因碎煤機(jī)啟動(dòng)電流大(380V，1000A左右)，對(duì)系統(tǒng)沖擊大，電壓瞬間降低大，經(jīng)常造成PLC主機(jī)死機(jī)，導(dǎo)致碎煤機(jī)不能啟動(dòng)。通過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際操作，單獨(dú)取一路電源(與碎煤機(jī)不在同一電壓系統(tǒng)上)，就會(huì)消除這一問題，保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。(4)電纜選擇與敷設(shè)信號(hào)傳輸線之間的相互干擾主要來(lái)自導(dǎo)線間分布電容、電感引起的電磁禍合防止干擾的有效方法首先是注意電纜的選擇，應(yīng)選用金屬鎧裝屏蔽型的控制信號(hào)電纜，一方面減少了噪聲干擾，另一方面也增強(qiáng)了電纜的機(jī)械強(qiáng)度；其次，電纜的敷設(shè)施工也是一項(xiàng)重要的工作，施工時(shí)應(yīng)將動(dòng)力電纜和控制電纜分開，控制電纜中將強(qiáng)電電纜和弱電電纜分開。同時(shí)還要注意盡量把模擬量信號(hào)線開關(guān)量信號(hào)線、直流信號(hào)線和交流信號(hào)線分開布線，以減少不同類型信號(hào)間的干擾。抗干擾示意圖如圖4.2所示。圖4.2抗干擾示意圖4.2軟件措施在PLC控制系統(tǒng)中，除采用硬件措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力外，我們還利用其計(jì)算速度快的