可编程序控制器与工控机在球团配煤系统上的应用(一)

可编程序控制器与工控机在球团配煤系统上的应用(一)

[摘要]：介绍了可编程序控制器与工控机在球团厂配煤系统中的应用。给出了可编程序控制器作为下位机，工控机作为上位机的一种基本实现方法。结果表明，所设计的控制系统可以满足生产过程的工艺要求。
 [关键词]：可编程序控制器  工控机
 
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
 配煤系统是球团生产环节的关键部分，煤粉的粒度粗细、喷吹量，直接决定了球团成品的质量，另外球团厂配煤车间历来生产环境恶劣,许多岗位不宜人工值守，故监控系统在该环节的投入势在必行。
 此外，虽然可编程序控制器已广泛应用于现场恶劣的过程控制中，但PLC 没有给操作者提供动态的数据显示界面和报表输出，人机交流存在许多不便，而工业控制计算机有着十分丰富的商品软件支持，可以开发出用户直观方便的图形操作界面，以各种形式动态输出显示数据，通过打印机输出各种报表。因此，工控机和可编程控制器的联合使用成为必然。可编程控制器作为下位机，工控机作为上位机，是工业企业实现管理、控制一体化的一种有效手段。
 下位机采用德国西门子公司S7-300系列可编程控制器，用于配煤控制系统中； 上位机采用研华PⅣ普通工控机， 利用WINDOWS 2000操作环境下的WINCC工控组态软件做出监控画面，对整个配煤控制系统实现了计算机监控与操作。体现了自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的特点。
配煤系统设备及控制要求
配煤系统设备构成简图如图1所示
图1  配煤系统设备构成简图

配煤系统包括皮带输送系统、喂料系统、磨煤系统、喷吹系统和除尘系统。
   2.1 皮带输送系统
         皮带输送系统由箱式给料机、1#输送皮带、破碎机、2#输送皮带、3#输送皮带和检铁器等组成。原煤由铲车放到箱式给料机上，箱式给料机将原煤均匀的放到1#输送皮带上，由1#输送皮带输送到破碎机进行破碎，破碎后的煤由2#输送皮带、3#输送皮带输送到原煤仓。输送系统按照顺序控制方式。正常运行时，启动顺序由后到前，停车顺序由前到后，并有时间间隔，保证正常工作时皮带上无原煤堆积；出现故障，造成某台设备停车时，则其前面的设备立即停止，后面的设备正常运行。
 2．2 喂料系统
         喂料系统由圆盘给料机和称重皮带组成。保证匀速、稳定地为磨煤系统供煤。圆盘给料机由变频器驱动，与皮带称构成闭环反馈系统。
 2．3 磨煤系统
         磨煤系统由加热炉、中速磨、主引风机等组成。将喂料系统供给的原煤烘干、磨碎。控制系统中为了保护中速磨的稳定、可靠运行，设计了许多连锁控制环节。
 2．4  喷吹系统
         喷吹系统由罗茨风机和工业配料称组成。为了保证生产，各配两套，互为备用。工业配料称采用的是德国SCHENK公司的工业配料称，一台为1.6-16t/h, 一台为0.9-9t/h。
控制系统的构成
 控制系统的构成包括硬件和软件两部分，硬件由西门子S7-300可编程序控制器与研华PⅣ工控机构成。
3．1 系统硬件构成
 系统的硬件构成如图2所示：
 
 图2  系统的硬件构成图
3.1.1  现场服务器/客户机
 本系统比较小，故未设专门的服务器、客户机，而是将二者合一了。服务器/客户机主要完成PLC 与上位端之间的数据传输、数据存储、报警等功能。同时服务器/客户端采用西门子WINCC6.0上位监控软件,主要完成对现场各个设备检测、监视、控制、调节、诊断,包括皮带输送系统、喂料系统、磨煤系统、喷吹系统和除尘系统。
现场工程师站
   现场工程师站主要完成对电气仪表基础自动化设备的修改与调试。具体就是根据系统控制要求的变更，完成各个工艺设备或工艺过程的顺序控制、逻辑控制和PID 调节控制的修改与调试。
PLC
 系统有一个PLC 主机架, 两个扩展机架，均采用西门子S7-300系列PLC。
3.1.4  系统通讯
   西门子S7-300系列PLC提供了广泛、多种层次及协议的通信能力,分别为TCP/ IP Ethernet 、Profibus-DP、MPI等，它强有力的通讯功能在本系统中
得到了广泛的应用。
 TCP/ IP Ethernet通信  采用100Mb/s光纤冗余总线以太网,在可编程控制单元及上位监控单元都被分配到独一无二的IP 地址,可编程控制系统的CPU 通过本站的CP343模板,利用Step7下的I/ O SCANNER 或TCP/ IP 读写功能块设置IP地址及传输的寄存器地址,经过Switch交换机在以太网上进行信息发送和接收。上位监控系统通过以太网卡,经过Switch交换机在以太网上与服务器之间发送和接收信息。同时操作人员可从远程管理站完成工艺过程的生产数据采集、数据分析、操作数据设定、打印报表等。
 Profibus-DP通信　通过CPU 315C 内置的DP口与现场的操作师站构成现场总线网络。在
 MPI通讯  将CPU 315C 内置的MPI口与现场的工程师站计算机的串口相连，在可编程控制单元及工程师站单元都被分配到独一无二的站地址，

3.2 系统软件构成
 软件结构部分包括Windows 2000操作系统、下位机编程软件、上位机监控软件。
3.2.1 下位机编程软件
 PLC程序的编制在现场工程师站中完成,本系统采用西门子S7-300的配套编程工具step7 5.2完成硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理。
 首先在step7 5.2的配置器中定义硬件组态，包括PLC类型、本地I/0、扩展I/0、通讯等，在组态的过程中设置各模块的参数。
 其次进行程序的编制，程序的编制可使用FBD、SFC、LD、ST、IL等语言，在本程序中运用梯形逻辑Ladder控制和功能块FBD相结合的编程方式。利用Concept 提供的编程器,将一段标准的控制逻辑及算法封装成一个DFB 功能块,它能够嵌套写入梯形图、功能块图、结构化文本文件或指令表中。调试或应用过程中需要改变逻辑控制及算法时,只需改变相应的DFB 功能块,降低了程序编写的复杂程度,使程序结构更条理清晰。整个程序包括参数整定、汽包控制、阀门控制和累计等几个程序段。   
 最后进行联机调试。
3.2.2 上位机监控软件
 WINCC工控组态软件是德国西门子公司委托美国Micrsoft公司为其开发的基于Windows 2000的大型应用软件,它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身,包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件,提供一个友好的用户界面,使用户可根据实际生产需要生成相应应用软件。
 ◎数据采集 系统的上位机和下位机均为西门子公司的产品，故在上位机与下位机之间通讯不需再安装其它的驱动程序，即可实现无缝对接
 ◎实时数据库的建立 打开数据库管理器，建立不同类型的块，通过这些块可以完成以下的功能:
 ·从其它块或直接从驱动器映像表接收数据;
 ·按指令对数据进行操作;
 ·将数值输出到驱动器映像表。
 图形界面开发 
 登录身份确定及权限保护　HMI画面设有登录、退出、帮助、诊断按钮,并赋予不同人员不同的操作级别。譬如赋予操作人员操作的权利,赋予维护工程师维护的权利,赋予系统工程师组态的权利,各类人员根据不同的权限可以有权进行不同的操作。其中系统工程师的权限最大,可以修改、组态、退出系统;操作人员的权限则相对较小,仅能操作浏览主要的操作画面;维护工程师可以对某些电气设备的运行参数进行修改,浏览故障分析画面,但却不能对系统进行组态和修改用户权限。
 实现主控室对现场设备及仪表的实时动态监控和检测　球团厂配煤系统HMI 上位机监控操作画面充分利用了WINCC特有的动态图形编辑功能(标准动态图形编辑、高级动态图形编辑) ,出色地完成了CRT 操作、过程值显示、报警等。为了维护操作的需要,编辑了任务状态显示画面、实时趋势显示画面、历史趋势显示画面、流程图显示操作画面以及各种操作面板(如磨煤操作)。
4、结论
    本系统已经在鞍山钢铁公司的弓长岭矿的二球团厂投入运行。本系统与该矿的一期球团相比，在自动化程度和工人的工作强度、环境上又很大的提高和改善。同时，自2004年11月投产以来，系统运行稳定、可靠,所有指标达到了设计要求。

 [参考文献]
 [1] 苗　青,张淋云,范者峰. 济钢120 t 转炉炼钢计算机过程控制系统[J]. 冶金自动化,2004,30(1):35-39.
 [2] 卢海宁， 李洪宇. 烧结环冷余热回收工业锅炉控制系统[J].自动化仪表,2000,21(8):33-38.
 [3] 徐桃春,　汪丽娟.翅片管式余热锅炉在武钢三烧的应用[J].烧结球团,2004,29(4):49-52.
 [4]陈在平,赵相宾. 可编程序控制器技术与应用系统设计[M] . 北京:机械工业出版社, 2003.322-417.

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