1 引言
　　篩焦系統(tǒng)主要是將熄焦后的焦炭由熄焦車放入焦臺(tái)，經(jīng)冷卻和補(bǔ)充熄焦后，由刮板放焦機(jī)切至帶式輸送機(jī)上，再由下方帶式輸送機(jī)送入篩貯焦槽，經(jīng)過三級(jí)篩分，焦炭以大于25mm，10～25mm，0～10mm的粒度分別入槽。篩焦槽內(nèi)的焦炭可直接裝火車外運(yùn)，或經(jīng)帶式輸送機(jī)送到煉鐵舊有帶式輸送機(jī)上。篩焦工段主要由焦臺(tái)、刮板放焦機(jī)、輸送皮帶、轉(zhuǎn)運(yùn)站、篩焦樓等組成。
　　篩焦系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各設(shè)備的順序邏輯控制，主要是對系統(tǒng)的選擇、切換、起點(diǎn)、終點(diǎn)的確定以及對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和管理。通信功能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和舊有運(yùn)焦系統(tǒng)的通信。為此，我們建立一個(gè)基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC的篩焦過程控制系統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)操作站和控制站。網(wǎng)絡(luò)操作站主要實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理，控制站由S7-300 PLC控制器構(gòu)成，采用STEP7 V5.1編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟動(dòng)和現(xiàn)場突發(fā)事件的及時(shí)處理。本文主要介紹PLC在篩焦過程控制中的應(yīng)用。
2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　整個(gè)篩焦系統(tǒng)設(shè)備多而且分散，加上篩焦車間粉塵較多，工作環(huán)境十分惡劣，因此必須選用抗*力較強(qiáng)的PLC來實(shí)現(xiàn)對底層設(shè)備的控制。控制系統(tǒng)由上位監(jiān)控機(jī)、PLC主站、控制模塊和現(xiàn)場設(shè)備層組成。
　　在設(shè)計(jì)中采用S7-300系列PLC控制器。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。因此，采用S7-300作為篩焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜順序控制，解決設(shè)備的聯(lián)鎖啟動(dòng)問題，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量輸入、輸出信號(hào)的處理以及與舊有系統(tǒng)的通信。
　　篩焦工段共有的控制點(diǎn)數(shù)：數(shù)字量輸入160點(diǎn);數(shù)字量輸出64點(diǎn)。根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)及要求*處理單元選用CPU 315-2DP，利用篩焦工段CPU內(nèi)部的DP接口與地面站系統(tǒng)CPU的DP接口將兩套系統(tǒng)相連，共用一個(gè)操作站，使用接口模塊IM 360擴(kuò)展為3個(gè)機(jī)架。
　　篩焦系統(tǒng)共有10個(gè)數(shù)字量輸入模塊，4個(gè)數(shù)字量輸出模塊，一個(gè)通信卡CP 341，以及一個(gè)配合電子皮帶秤使用的CP 341通信處理器。利用CP 341從CF-900B微電腦皮帶秤儀表采集數(shù)據(jù)，CF-900B電子皮帶秤通過其上的微傳感器得到稱重的瞬時(shí)值和累計(jì)值，以脈沖的形式將數(shù)據(jù)打包送至CP 341，CP 341接收到數(shù)據(jù)后上傳至上位機(jī)顯示。
　　采用通用的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，與舊系統(tǒng)之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)（PTP）通信。圖1為篩焦系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 篩焦系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　為了保證篩焦系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下控制要求：
　　（1） 有*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;
　　（2） 各個(gè)設(shè)備在啟動(dòng)和停止過程中，要根據(jù)設(shè)備啟動(dòng)或停止時(shí)間合理設(shè)置時(shí)間間隔（延時(shí)），以保證無堆料、壓料的情況;
　　（3） 運(yùn)行過程中，某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，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)與舊有運(yùn)焦系統(tǒng)的通信;
　　（5） 可顯示各條料線的運(yùn)行情況，并對報(bào)警，開關(guān)機(jī)時(shí)間，上煤量等做出實(shí)時(shí)記錄。
　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
　　在整個(gè)系統(tǒng)中，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，它與下位機(jī)（PLC）進(jìn)行通信，對設(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。在上位機(jī)的操縱畫面上選擇不同的運(yùn)行方式和工作狀態(tài)，結(jié)果送入PLC。下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的命令，執(zhí)行對應(yīng)的功能塊，在控制各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)，向上位機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息，接受上位機(jī)的命令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)事故停車處理功能并啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備，快速響應(yīng)*操作室內(nèi)的“緊急停車”指令。這樣，上位機(jī)與PLC相互配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)篩焦系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。
　　3.2 系統(tǒng)控制程序的開發(fā)
　　采用軟件STEP7 V5.1對篩焦控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程。STEP7是一個(gè)對S7-300和S7-400PLC進(jìn)行編程的應(yīng)用軟件包，除了可以編制S7程序塊以外，還可以設(shè)定各種參數(shù)、在線監(jiān)測、查詢故障等。本系統(tǒng)采用模塊化編程，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，在集控室集中聯(lián)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能（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。
　　在篩焦生產(chǎn)過程中，根據(jù)工藝流程分為篩焦前控制系統(tǒng)和篩焦后控制系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)又按照不同的起點(diǎn)、中間點(diǎn)、終點(diǎn)將作為一種運(yùn)行方式來劃分，共有14種運(yùn)行方式，每種運(yùn)行方式都有“集中啟動(dòng)”，“凈化停止”，“一齊停止”三種工作狀態(tài)。

圖2 控制程序框圖
　　集中啟動(dòng)要求設(shè)備都處于“*操作”時(shí)才可以聯(lián)鎖啟動(dòng)。這就需要在設(shè)備啟動(dòng)之前判斷該料線設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒、設(shè)備啟動(dòng)的聯(lián)鎖條件是否滿足。若設(shè)備都處于 “準(zhǔn)備好”狀態(tài)，就可以在上位機(jī)向PLC發(fā)出命令，首先是響起預(yù)示信號(hào)，啟動(dòng)被選擇的除塵設(shè)備。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)該料線上的設(shè)備，設(shè)備啟動(dòng)后，送給上位機(jī)設(shè)備的“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視。設(shè)備啟動(dòng)起來，上位機(jī)得到“運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)”，上位機(jī)的流程畫面上就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
　　完成任務(wù)后，系統(tǒng)需停止工作，上位機(jī)發(fā)出“凈化停止”命令，結(jié)果送入PLC控制器中，調(diào)用相應(yīng)的凈化停止FC。由于皮帶不能堆料所以要按照順料流方向延時(shí)停止，經(jīng)過一段的凈化時(shí)間后，所有的設(shè)備才一齊停止，zui后停止除塵系統(tǒng)。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。
　　針對突發(fā)事件，需要在較短的時(shí)間內(nèi)迅速停下所有的設(shè)備時(shí)，上位機(jī)發(fā)出“一齊停止”命令。結(jié)果送入PLC中，調(diào)用相應(yīng)的一齊停止功能塊，使設(shè)備全部停止，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。
　　操作室控制面板上還設(shè)有一個(gè)“緊急停止”按鈕，當(dāng)需要緊急停止整套設(shè)備（包括預(yù)示信號(hào)）時(shí)，操作該按鈕，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)立即停止，同時(shí)啟動(dòng)“報(bào)警指示燈”和“預(yù)警響鈴”。
　　3.3 編程方案
　　在篩焦系統(tǒng)過程控制中，不同的運(yùn)行方式之間存在一定的互鎖關(guān)系。編程實(shí)現(xiàn)過程中把方式之間的鎖定放在主程序中處理，即當(dāng)選擇了某種方式之后，其他的一些方式將處于無效狀態(tài)。然后根據(jù)上位機(jī)的選擇進(jìn)入功能塊FC中。現(xiàn)以圖3說明如何在主程序中實(shí)現(xiàn)集中啟動(dòng)，凈化停止和一齊停止的調(diào)用。

圖3 系統(tǒng)邏輯框圖
　　在被調(diào)用的FC中，首*行的是同一料線的三種工作狀態(tài)的鎖定，當(dāng)所有的設(shè)備都啟動(dòng)或停止完畢，當(dāng)前工作狀態(tài)復(fù)位，使另外兩種狀態(tài)有效，等待下一次的命令。
　　故障處理放在集中啟動(dòng)FC中進(jìn)行，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，復(fù)位故障位，等待下一次的集中啟動(dòng)。若聯(lián)鎖系統(tǒng)上發(fā)生重故障的話，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)備的故障處理設(shè)計(jì)。
4 結(jié)論
　　利用PLC作為下層控制器，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位監(jiān)測裝置，二者互相配合共同實(shí)現(xiàn)了整套篩焦系統(tǒng)預(yù)期的控制效果，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。