PLC在轉爐煤氣回收控制系統中的應用

摘要 本文結合PLC在轉爐煤氣回收系統中的應用，重點論述了施耐德PLC的結構和特點及其組態開發應用，結合實際說明了在該系統中PLC控制充分發揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現場調試的優點，保證了生產的穩定性和安全性。

1 前言

在現代工業生產中企業在提高經濟效益的同時，生產是否滿足環境保護的要求也成為企業的重點工作之一。為適應企業發展、提高二次能源利用效率，某鋼鐵公司在新建的120噸轉爐工程中了設計了煤氣回收系統，并采用PLC對生產過程進行監控。

當前可編程控制器（PLC）是專為工業環境下應用而設計的工業控制計算機，已經成為電氣控制系統中應最廣泛的控制設備，它不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩定性好、能在惡劣環境下長時間、不間斷運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。

2 轉爐煤氣回收監控系統的運行環境

煤氣回收生產過程由煙氣凈化、一次除塵風機及煤氣儲柜三部分構成。

根據生產工藝，轉爐煤氣回收生產的過程監控部分采用典型的兩級監控方式。上位經標準的工業控制計算機（IPC）作為主要的人機界面（Human-Machine Interface）,為生產管理級，完成對下位機的監控、生產操作管理等，主要面向操作人員；下位機由施耐德公司的PLC構成，為基礎測控級，完成生產現場的數據采集及過程控制等，面向生產過程。本文介紹的過程監控系統共需要處理190個數字量輸入點、56個數字量輸出點、118個模擬量輸入點和9個模擬量輸出點，下面就該系統的控制要求作簡要概述：

1、對在生產過程中存在大量的物理量，如壓力、溫度、流量、物位等模擬量參數及各傳動裝置運行狀態的數字量信號，可以通過下位機對這些參數進行實時采集并在上位機上集中顯示，并有報警、歷史趨勢及操作記錄查詢等功能。

2、煤氣回收生產過程自動控制，即通過下位機采集反映各電氣設備及狀態的數字量信號和模擬量信號，利用編程軟件編寫程序實現整個煤氣回收系統的生產自動化。

根據以上的控制要求，下面我們將詳述為滿足轉爐煤氣回收監控系統所需的硬件配置和軟件編程。

3 系統配置

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，其采用模塊化設計結構，在一塊機架底板上可安裝電源、CPU、以太網模塊、遠程I/O擴展模塊、I/O模板等模塊，并且可以通過遠程I/O擴展模塊實現多個機架的擴展工作方式。根據要求本系統配置如圖1，選用的硬件具體如下所示：

1、研華IPC-610-H工業控制計算機（IPC），采用Pentium Ⅳ處理器，3.40GHz主頻，1G內存，160G硬盤；

2、2塊中央處理器CPU434模塊、3塊電源模塊CPS 114 20、1塊以太網模塊NOE 771 11、 1塊主站遠程I/O擴展模塊CRP 932 00、3塊分站遠程I/O擴展模塊CRA 932 00、8塊32點數字量輸入模塊DDI 353 00、5塊32點數字量輸出模塊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。

本控制系統由兩個主站和兩個分站構成，根據生產工藝，儲柜系統與風機相隔較遠，因此儲柜系統用一套PLC。操作站與控制站間采用以太網通訊，本PLC控制系統與轉爐其它PLC控制系統通過光纖進行通訊。

4 軟件組態

在本系統中，上位機用iFIX4.0 組態軟件，下位機用Concept編程實現。下面詳細介紹這兩部分的軟件組態。

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。程序實現功能有：

1、切斷閥與調節閥實現自動控制：切斷閥自動控制時與風機工作狀態聯鎖，閥門根據風機高、低速自動進行開關動作。如180度彎頭沖洗水控制閥在風機低速運行時，自動打開，延時5分鐘后自動關閉。調節閥與被調參數聯鎖自動進行PID調節輸出控制閥門開度。如二文喉口調節閥自動控制為：在吹煉時，微差壓調節系統投入運行，根據微差壓設定值，自動調節閥門開度，使轉爐罩口微差壓維持在設定值。不吹煉時閥門開度自動輸出最大值。

2、風機速度與本體吹煉自動聯鎖：吹煉時風機速度自動升至高速，停吹時風機速度自動降為低速。風機聯鎖停機：風機運行時根據各聯鎖條件值自動停止運行，確保設備及工作人員安全。

3、風機房排水泵及排風機實現自動啟停控制：當液位高時水泵自動啟動、液位低時自動停止運行；當風機房內一氧化碳濃度高時排風機自動啟動，當一氧化碳濃度正常時，排風機自動停止運行。

4、煤氣自動回收：當吹煉時產生的煤氣滿足回收條件時，回收系統的閥門自動開到回收狀態把煤氣儲存在儲柜中，當條件不滿足時閥門自動動作到放散狀態，煤氣在煙囪處點火放散。

4.2人機界面（HMI）組態

工控組態軟件iFIX是Intellution Dynamics自動化軟件產品家族中HMI/SCADA最重要的組件，它以iCORE核心，包括數據采集和數據管理兩個基本功能，是基于WindowsNT/2000平臺上的功能強大的自動化監視與控制的軟件解決方案。它運用了Microsoft系列工業標準，支持ODBC、VBA、Active控件、ADO、Intetnet和OPC,因此具有不可比擬的開放性及兼容性。用iFIX軟件設計的標準人機界面，主要包括以下幾個方面的內容：

1、工藝流程圖：在此畫面中通過編程實現動態模擬顯示整個生產過程，并實時顯示了各模擬量的數值，以便于操作者能及時準確的掌握生產狀況。能夠對現場設備進行正確的操作以及對其故障進行正確快速的判斷。

2、生產數據總覽畫面：生產數據總覽畫面分為儀表數據總覽與電氣數據總覽，兩畫面無操作，可以快速察看所有的生產過程值及各設備的工作狀態。

3、報警記錄：對重要的生產數據設置了報警值，當處于監控下的任何一個變量超出預先設定的安全值時，數據顯示將變為紅色并閃爍，同時該報警數據自動存儲以備事后分析。

4、實時、歷史趨勢圖：在此畫面中出除了可以實時顯示變量的變化趨勢，操作員還可以檢查過去的過程數據記錄，通過對過去歷史趨勢的比較進而可以對變量未來的發展趨勢做進一步的預測。實時趨勢圖與歷史趨勢圖便于觀察測量參數走向，分析生產工藝狀態，并且便于查找故障。

5、操作記錄查詢：在操作記錄中可對操作動作、設備反饋運行狀態、參數報警時間及驅動狀態進行按時間分類查找。對生產全過程的狀態有了一個全程記錄。

6、權限設置：對重要參數的改變設置密碼，當有操作權限時才能修改。確保操作安全。

5 結論

本文討論了基于PLC的轉爐煤氣回收監控系統的設計與實現。本控制系統已在生產線上得到實際使用，為企業帶來了可觀的經濟效益和良好的社會效益。在該系統中PLC控制充分發揮了其配置靈活、控制通訊可靠、編程方便和可現場調試的優點，保證了生產的穩定性和安全性。這種方法對其它生產線或設備的控制有一定的參考作用。