1 前言

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中企業(yè)在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，生產(chǎn)是否滿足環(huán)境保護(hù)的要求也成為企業(yè)的重點(diǎn)工作之一。為適應(yīng)企業(yè)發(fā)展、提高二次能源利用效率，某鋼鐵公司在新建的120噸轉(zhuǎn)爐工程中了設(shè)計(jì)了煤氣回收系統(tǒng)，并采用PLC對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

　　當(dāng)前可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)最廣泛的控制設(shè)備，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、能在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、不間斷運(yùn)行，且編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級(jí)連接。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境

　　煤氣回收生產(chǎn)過(guò)程由煙氣凈化、一次除塵風(fēng)機(jī)及煤氣儲(chǔ)柜三部分構(gòu)成。

　　根據(jù)生產(chǎn)工藝，轉(zhuǎn)爐煤氣回收生產(chǎn)的過(guò)程監(jiān)控部分采用典型的兩級(jí)監(jiān)控方式。上位經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為主要的人機(jī)界面（Human-Machine Interface）,為生產(chǎn)管理級(jí)，完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員；下位機(jī)由施耐德公司的PLC構(gòu)成，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí)，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及過(guò)程控制等，面向生產(chǎn)過(guò)程。本文介紹的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)共需要處理190個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、56個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)、118個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和9個(gè)模擬量輸出點(diǎn)，下面就該系統(tǒng)的控制要求作簡(jiǎn)要概述：

　　1、對(duì)在生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量、物位等模擬量參數(shù)及各傳動(dòng)裝置運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字量信號(hào)，可以通過(guò)下位機(jī)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并在上位機(jī)上集中顯示，并有報(bào)警、歷史趨勢(shì)及操作記錄查詢等功能。
  
　　2、煤氣回收生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制，即通過(guò)下位機(jī)采集反映各電氣設(shè)備及狀態(tài)的數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào)，利用編程軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)煤氣回收系統(tǒng)的生產(chǎn)自動(dòng)化。

　　根據(jù)以上的控制要求，下面我們將詳述為滿足轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)所需的硬件配置和軟件編程。

3 系統(tǒng)配置

　　為了滿足上面提到的控制要求，在本工程中我們采用了施耐德公司的可編程控制器，其采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、以太網(wǎng)模塊、遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊、I/O模板等模塊，并且可以通過(guò)遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)架的擴(kuò)展工作方式。根據(jù)要求本系統(tǒng)配置如圖1，選用的硬件具體如下所示：

　　1、研華IPC-610-H工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC），采用Pentium Ⅳ處理器，3.40GHz主頻，1G內(nèi)存，160G硬盤；

　　2、2塊中央處理器CPU434模塊、3塊電源模塊CPS 114 20、1塊以太網(wǎng)模塊NOE 771 11、 1塊主站遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊CRP 932 00、3塊分站遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模塊CRA 932 00、8塊32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊DDI 353 00、5塊32點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊DDO 353 00、18塊模擬量輸入模塊ACI 030 00和3塊模擬量輸出模塊ACO 020 00。

圖1  系統(tǒng)配置

　　本控制系統(tǒng)由兩個(gè)主站和兩個(gè)分站構(gòu)成，根據(jù)生產(chǎn)工藝，儲(chǔ)柜系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)相隔較遠(yuǎn)，因此儲(chǔ)柜系統(tǒng)用一套PLC。操作站與控制站間采用以太網(wǎng)通訊，本PLC控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐其它PLC控制系統(tǒng)通過(guò)光纖進(jìn)行通訊。

4 軟件組態(tài)

　　在本系統(tǒng)中，上位機(jī)用iFIX4.0 組態(tài)軟件，下位機(jī)用Concept編程實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹這兩部分的軟件組態(tài)。

　　4.1 PLC編程

　　Concept軟件一般有六種編程方式：即SFC、LD、FBD、ST、IL、984LL，本文中采用的是梯形圖編程方式。程序?qū)崿F(xiàn)功能有：

　　1、切斷閥與調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制：切斷閥自動(dòng)控制時(shí)與風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)聯(lián)鎖，閥門根據(jù)風(fēng)機(jī)高、低速自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。如180度彎頭沖洗水控制閥在風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)，延時(shí)5分鐘后自動(dòng)關(guān)閉。調(diào)節(jié)閥與被調(diào)參數(shù)聯(lián)鎖自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出控制閥門開(kāi)度。如二文喉口調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制為：在吹煉時(shí)，微差壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行，根據(jù)微差壓設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度，使轉(zhuǎn)爐罩口微差壓維持在設(shè)定值。不吹煉時(shí)閥門開(kāi)度自動(dòng)輸出最大值。

　　2、風(fēng)機(jī)速度與本體吹煉自動(dòng)聯(lián)鎖：吹煉時(shí)風(fēng)機(jī)速度自動(dòng)升至高速，停吹時(shí)風(fēng)機(jī)速度自動(dòng)降為低速。風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)：風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)根據(jù)各聯(lián)鎖條件值自動(dòng)停止運(yùn)行，確保設(shè)備及工作人員安全。

　　3、風(fēng)機(jī)房排水泵及排風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停控制：當(dāng)液位高時(shí)水泵自動(dòng)啟動(dòng)、液位低時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)一氧化碳濃度高時(shí)排風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)一氧化碳濃度正常時(shí)，排風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行。

　　4、煤氣自動(dòng)回收：當(dāng)吹煉時(shí)產(chǎn)生的煤氣滿足回收條件時(shí)，回收系統(tǒng)的閥門自動(dòng)開(kāi)到回收狀態(tài)把煤氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)柜中，當(dāng)條件不滿足時(shí)閥門自動(dòng)動(dòng)作到放散狀態(tài)，煤氣在煙囪處點(diǎn)火放散。

　　4.2人機(jī)界面（HMI）組態(tài)

　　工控組態(tài)軟件iFIX是Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中HMI/SCADA最重要的組件，它以iCORE核心，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理兩個(gè)基本功能，是基于WindowsNT/2000平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)視與控制的軟件解決方案。它運(yùn)用了Microsoft系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持ODBC、VBA、Active控件、ADO、Intetnet和OPC,因此具有不可比擬的開(kāi)放性及兼容性。用iFIX軟件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

　　1、工藝流程圖：在此畫面中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬顯示整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，并實(shí)時(shí)顯示了各模擬量的數(shù)值，以便于操作者能及時(shí)準(zhǔn)確的掌握生產(chǎn)狀況。能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行正確的操作以及對(duì)其故障進(jìn)行正確快速的判斷。

　　2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽畫面：生產(chǎn)數(shù)據(jù)總覽畫面分為儀表數(shù)據(jù)總覽與電氣數(shù)據(jù)總覽，兩畫面無(wú)操作，可以快速察看所有的生產(chǎn)過(guò)程值及各設(shè)備的工作狀態(tài)。

　　3、報(bào)警記錄：對(duì)重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)置了報(bào)警值，當(dāng)處于監(jiān)控下的任何一個(gè)變量超出預(yù)先設(shè)定的安全值時(shí)，數(shù)據(jù)顯示將變?yōu)榧t色并閃爍，同時(shí)該報(bào)警數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)以備事后分析。

　　4、實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)圖：在此畫面中出除了可以實(shí)時(shí)顯示變量的變化趨勢(shì)，操作員還可以檢查過(guò)去的過(guò)程數(shù)據(jù)記錄，通過(guò)對(duì)過(guò)去歷史趨勢(shì)的比較進(jìn)而可以對(duì)變量未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做進(jìn)一步的預(yù)測(cè)。實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖與歷史趨勢(shì)圖便于觀察測(cè)量參數(shù)走向，分析生產(chǎn)工藝狀態(tài)，并且便于查找故障。

圖2  趨勢(shì)圖畫面

　　5、操作記錄查詢：在操作記錄中可對(duì)操作動(dòng)作、設(shè)備反饋運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)報(bào)警時(shí)間及驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行按時(shí)間分類查找。對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程的狀態(tài)有了一個(gè)全程記錄。

圖3  數(shù)據(jù)記錄查詢畫面

　　6、權(quán)限設(shè)置：對(duì)重要參數(shù)的改變?cè)O(shè)置密碼，當(dāng)有操作權(quán)限時(shí)才能修改。確保操作安全。

5 結(jié)論

　　本文討論了基于PLC的轉(zhuǎn)爐煤氣回收監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本控制系統(tǒng)已在生產(chǎn)線上得到實(shí)際使用，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。這種方法對(duì)其它生產(chǎn)線或設(shè)備的控制有一定的參考作用。