寶鋼三期原料場PLC控制系統(tǒng)

寶鋼三期原料場控制系統(tǒng)是一個(gè)集一、二、三期控制系統(tǒng)為一體的大型、綜合的原料控制與處理系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用高速、可靠、先進(jìn)、大容量的GE FANUC 90-70系列PLC和Alpha過程機(jī)、MMI等設(shè)備，應(yīng)用IEEE 802.3 CSMA/CD以太網(wǎng)和GENIUS現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)對原料場工藝設(shè)備的管控一體化和三電一體化控制。

1 功能
　　
　　1.1 主PLC控制功能

　　主PLC無I/O接口要求，應(yīng)用GE公司最新生產(chǎn)的CPX 935 CPU和CMM742以太網(wǎng)通信模塊，采用雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu)。其作為過程機(jī)、MMI和設(shè)備PLC之間的通信接口，主要完成流程選擇、流程聯(lián)鎖、流程起動、順序停止、一齊停止、故障停止、緊急停止、流程報(bào)警、流程切換、流程合流等流程功能和對整個(gè)料場的自動廣播系統(tǒng)的控制。主PLC通過以太網(wǎng)和設(shè)備PLC將現(xiàn)場各工藝設(shè)備的運(yùn)行、停止、故障、位置、操作方式、給料、料位、流量、切換、選擇等數(shù)據(jù)存儲在其相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)。流程開始時(shí)，MMI/過程機(jī)首先把流程信息送給主PLC，主PLC接受到這些流程數(shù)據(jù)后，根據(jù)流程所含設(shè)備的狀態(tài)判斷該流程是否合法。主PLC給每個(gè)合法流程建立25字的流程狀態(tài)控制區(qū)，該區(qū)包含流程編號、流程切換、流程合流等信息。它還開辟出3x100字存儲流程設(shè)備的ID表，3x59字存儲流程設(shè)備ID在所有設(shè)備ID表中的指針表以及100字的內(nèi)部流程狀態(tài)控制區(qū)域。原料場共有600余臺設(shè)備，組合的生產(chǎn)操作流程556個(gè)，單一流程所包括的單體設(shè)備多達(dá)37個(gè)，這些流程功能都定義在一套主PLC上完成。

　　1.2 設(shè)備PLC控制功能

　　控制系統(tǒng)有7套共14臺設(shè)備PLC，應(yīng)用CPM925 CPU和CMM742通信模塊。其中1#-5#設(shè)備PLC采用雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)根據(jù)不同皮帶輸送系列和不同原料控制的要求，按照控制方便可靠、就近集散控制的原則把各種現(xiàn)場設(shè)備送入不同的PLC進(jìn)行控制。
　　1#-5#設(shè)備PLC通過多模光纖、調(diào)制解調(diào)器、中繼器等總線部件來完成大范圍內(nèi)的工藝設(shè)備的控制。設(shè)備PLC接受主PLC的控制指令，除控制原料輸送、供料、受料、灑水、除塵、采樣、金屬檢測與去除等設(shè)備外，還進(jìn)行皮帶秤負(fù)荷率、流量、物料累積量、料槽料位的計(jì)算和圓盤給料機(jī)CFW的PID控制。現(xiàn)場設(shè)備若沒有緊急停止、單動、跑偏、過負(fù)荷等故障，則其處于無故障狀態(tài)，可以運(yùn)轉(zhuǎn)。只有無故障、沒有運(yùn)轉(zhuǎn)且工藝允許的流程才是合法的流程。如果是合法的流程，那么設(shè)備PLC一旦接收到主PLC的起動指令就立即起動現(xiàn)場設(shè)備。PLC檢測到現(xiàn)場設(shè)備已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，就送“確認(rèn)”信號給主PLC，告訴其可起動上游設(shè)備了。設(shè)備PLC接收到主PLC停止指令后，中斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，主PLC在不同的時(shí)序發(fā)送不同設(shè)備的起動、停止、警鈴、使用、小車需求位置、料位需求等指令，便可實(shí)現(xiàn)所有的流程控制功能。
　　6#、7#設(shè)備PLC無I/O要求，主要完成監(jiān)視堆取料機(jī)的位置、進(jìn)行防碰撞演算和工藝操作有關(guān)參數(shù)的設(shè)置、收集實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)給主PLC，發(fā)送主PLC關(guān)于流程控制的指令和數(shù)據(jù)給堆取料機(jī)等功能。利用6#、7#設(shè)備PLC，中央控制室還可以根據(jù)如混勻堆積等工藝要求完成對現(xiàn)場堆取料機(jī)的遠(yuǎn)程手動和自動堆取作業(yè)。
　　8#設(shè)備PLC實(shí)現(xiàn)高爐煤粉噴吹控制。接口PLC為三期建設(shè)和一、二期改造期間的臨時(shí)控制通信網(wǎng)關(guān)，其讓新控制系統(tǒng)接受老控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將新系統(tǒng)控制指令發(fā)送給一、二期PLC控制系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的連續(xù)和穩(wěn)定。

2 控制軟件的開發(fā)

圖1 PLC控制軟件流程圖

　　控制軟件采用全符號化的梯形圖編寫。設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的資源，盡量減少程序邏輯掃描時(shí)間，提高控制的實(shí)時(shí)性。控制軟件流程如圖1所示。初始化模塊完成PLC投入運(yùn)行時(shí)的一些數(shù)據(jù)區(qū)的設(shè)定。利用硬件檢測模塊，PLC可以檢測出其硬件的運(yùn)行狀態(tài)是否正常并可報(bào)警送MMI顯示。熱備冗余模塊完成雙PLC的冗余控制。讀設(shè)備的信息主要包括皮帶的單動、非常停止、準(zhǔn)備運(yùn)轉(zhuǎn)、小車的位置、槽位信息等。選擇一個(gè)合法流程后，主PLC將把所含流程的設(shè)備ID送給自動廣播與指令通信系統(tǒng)，由后者把相關(guān)的信息通過現(xiàn)場揚(yáng)聲器分區(qū)播出，提醒現(xiàn)場人員注意安全。主PLC讀取與MMI/過程機(jī)有關(guān)的流程信息，如果是新的流程，則在程序中根據(jù)流程設(shè)備的狀態(tài)決定流程是否合法。它將為合法的流程建立流程控制與狀態(tài)區(qū)。如果舊流程，則判斷命令是流程的復(fù)位、緊急停止，還是流程切換、流程合流，并根據(jù)相應(yīng)的命令進(jìn)行處理。為調(diào)試方便，設(shè)備PLC都編寫了模擬程序。在不起動現(xiàn)場設(shè)備的前提下，應(yīng)用它可模擬設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，判斷PLC的控制邏輯是否正確，過程機(jī)、MMI、主PLC與設(shè)備PLC的通信是否無誤。以太網(wǎng)通信完成設(shè)備PLC與主PLC的指令與狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸。互連Genius網(wǎng)用于PLC的熱備冗余控制時(shí)大量數(shù)據(jù)的傳送。圓盤給料機(jī)CFW的給料PID控制應(yīng)用PLC的專用功能塊，完成不同原料的混勻給料控制。

3 結(jié)束語

　　原料是鋼鐵企業(yè)的“咽喉”，是鋼鐵企業(yè)正常生產(chǎn)的首要條件，寶鋼三期原料場PLC控制系統(tǒng)完成工廠流程、堆取料機(jī)、灑水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)以及各種皮帶秤、給料機(jī)、料場料槽的監(jiān)控與管理。該控制系統(tǒng)自1997年底開始陸續(xù)投入運(yùn)行，先后成功完成了對焦?fàn)t、燒結(jié)、高爐、電廠、轉(zhuǎn)爐每天約10萬t各種原料供配任務(wù)。運(yùn)行至今的實(shí)踐說明，該控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
　　①實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)展性好；②支持三電一體化控制；③控制距離遠(yuǎn)；④抗干擾能力強(qiáng)；⑤支持多種網(wǎng)絡(luò)通信形式；⑥調(diào)試簡單、維護(hù)方便、成本較低。
　　該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的成功建設(shè)對于我國在冶金、糧倉、礦山、石油、化工等行業(yè)中建設(shè)和改造大型控制系統(tǒng)有著極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。