武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 童堯斌 潘煉

1 引言
　　
隨著計算機(jī)技術(shù)引入工業(yè)控制系統(tǒng)，PLC已經(jīng)成為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分,。包鋼原料場是一個大型綜合原料處理系統(tǒng),，整個綜合料場占地約6平方公里。要保證一個大型現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)正常運轉(zhuǎn),，首先必須保證原料正常、穩(wěn)定,、高效供應(yīng),。包鋼原料場工藝復(fù)雜、設(shè)備多,、距離長,，原料場主要生產(chǎn)設(shè)備有：膠帶運輸機(jī)、堆料機(jī),、取料機(jī),、帶斗門機(jī)、圓盤給料機(jī),、卸車機(jī),、移動小車等。由這些設(shè)備組成輸入,、混勻,、配料、輸出等主要系統(tǒng),。這些運輸系統(tǒng)由皮帶運輸機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的運輸網(wǎng)絡(luò),，工藝流程復(fù)雜。為提高設(shè)備效率,，穩(wěn)定地向高爐,、燒結(jié)供料，必須實現(xiàn)原料處理作業(yè)的自動化控制[1],。

2 控制系統(tǒng)的組成及原理
　　
電氣控制設(shè)備主要由浙江中控技術(shù)有限公司的GCS-1控制系統(tǒng)和各種電機(jī)和變頻器組成,。

圖1 系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D
　　
2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
2.1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
　　
由于整個料場設(shè)備很多，所以控制系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)場電氣的分配原則分為11個控制站（電磁站）,，分別控制混勻系統(tǒng),、卸料系統(tǒng)、礦石及焦炭篩分系統(tǒng),、原料輸入系統(tǒng)、原料輸出系統(tǒng),、除塵系統(tǒng)的各個設(shè)備,。每個控制站均采用冗余的PLC控制系統(tǒng),，通過雙層雙光纖環(huán)網(wǎng)與中心調(diào)度室進(jìn)行通訊,，來實現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1,。
　　
2.1.2 雙層光纖環(huán)網(wǎng)
　　
由于系統(tǒng)分站較多,，地域廣，而且系統(tǒng)要求的可靠性很高,，所以在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用冗余方式,。雙層光纖環(huán)網(wǎng)由兩個平行的單層光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，主要網(wǎng)絡(luò)部件采用MOXA的光纖轉(zhuǎn)RJ45口的光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī),。它除了具備光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離遠(yuǎn),，傳輸信號不易受到干擾的特點外，還具有環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點,，處在環(huán)網(wǎng)中的任何節(jié)點斷開或環(huán)網(wǎng)中的任一點斷開,，并不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常運行，只是由原來的環(huán)網(wǎng)變?yōu)閱慰偩€的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性,。雙層的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身就具有冗余的功能,，使網(wǎng)絡(luò)更加可靠,。
　　
2.1.3 控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
在各控制站中均配置為冗余的CPU，使各站具有冗余功能,，各有兩個光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī),，用于連接兩層光纖環(huán)網(wǎng)。由于整個綜合料場是一個整體,，工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊密,，設(shè)備間連鎖信號較多，而我們各個控制站的分站原則是按照電氣站進(jìn)行分離的,，主要依據(jù)是現(xiàn)場各個設(shè)備所在的地理位置,，人為將整個系統(tǒng)進(jìn)行分割，所以在各個控制站的站間數(shù)據(jù)交換將非常頻繁,，而且相對比較重要,，因此我們將CPU以太網(wǎng)接口直接與光纖交換機(jī)相連。
　　
2.2 控制原理
　　
綜合料場作業(yè)流程控制是一種生產(chǎn)過程控制,。原料運輸與加工的生產(chǎn)過程,，是在統(tǒng)一控制下的一群設(shè)備的集約化行動。原料區(qū)改造后共有作業(yè)流程335條,，其中允許同時運行的流程32條;運行過程中可切換路線的流程有49組98條;運行過程中可換料種的流程有11條,，此外，還有9組流程具有疊加功能,。
　　
流程控制要求：
　　
1） 擁有相關(guān)設(shè)備的流程,，稱為互相“干擾”的流程，通常情況下只允許其中一條運行,?？紤]到系統(tǒng)能力充裕，輸送物料相同,，起點不同,，終點相同的若干流程可不互相干擾，允許同時交叉運轉(zhuǎn),。另外,，還有一些流程可以相互切換,。
　　
2） 綜合料場最多可以有25條無相關(guān)設(shè)備的互相不干擾的流程,，這些流程可以同時運行。
　　
3） 不論是原料運輸作業(yè)還是加工作業(yè),，流程的啟動,、給料,、順停全過程,，必須完全符合工藝要求，必須把整個生產(chǎn)線上的余料全部排放干凈才能停止,。
　　
4） 任一流程的順序啟動,、順序停止或設(shè)備故障，不影響正在運行的其它流程,。
　　
5） 具有完善的流程狀態(tài)演變過程的顯示和報警功能,，可保障運行安全,，操作靈活方便[2]。
　　
2.2.1 皮帶控制程序
　　
皮帶控制包括：普通皮帶控制和正反轉(zhuǎn)皮帶控制,，原理類似,，下面以普通皮帶控制為例簡要說明。
　　
設(shè)備自動啟動條件具備,，自動狀態(tài)下按下啟動按鈕（或順啟條件具備）,，首先輸出電鈴信號，發(fā)出啟動警報,，同時開始計時,，3秒后發(fā)出皮帶啟動指令輸出至現(xiàn)場接觸器，使其動作,，啟動電機(jī),，同時返回設(shè)備運行信號，會同啟動輸出指令一起為DO輸出做自保持,。當(dāng)按下停止按鈕后,，自動啟動回路斷開，DO無輸出,，接觸器斷開,，設(shè)備停止。
　　
設(shè)備手動啟動條件具備,，手動狀態(tài)下按下手動啟動壓扣,，手動啟動回路接通，發(fā)出皮帶啟動輸出指令至現(xiàn)場接觸器,，接觸器動作,，啟動電機(jī)，同時返回設(shè)備運行信號,，會同啟動輸出指令一起為DO輸出做自保持,。當(dāng)按下手動停止按鈕后，手動啟動回路斷開,，DO無輸出,，接觸器斷開，設(shè)備停止,。
　　
2.2.2 設(shè)備連鎖停止
　　
當(dāng)所選料線設(shè)備正常運行,，若料線其中一個設(shè)備停止（故障或非故障停車），則所選料線此設(shè)備上游設(shè)備將聯(lián)鎖停止,，下游設(shè)備仍保持運行,。例如，若所選料線為A1→A2→A3→A4→A5→A6都處于運行裝態(tài)，當(dāng)A5出現(xiàn)故障停車時,，其上游設(shè)備A1→A2→A3→A4都將停止,，而下游設(shè)備A6則仍處于運行狀態(tài)。由于料場控制是順控的過程,，這樣可以避免因中間設(shè)備故障停機(jī)而發(fā)生堆料情況,，有效地減少經(jīng)濟(jì)損失。
　　
2.2.3 設(shè)備順起
　　
設(shè)備順起首先要確定所選料線中各設(shè)備具備自動啟動條件,。選擇合適料線,，按下順起按鈕后，設(shè)備將從所選料線從下往上逐個啟動,。直至所選擇的料線全部啟動完畢后或順起指令發(fā)出100秒后順起復(fù)位,。若順起失敗或其他原因需要停止設(shè)備啟動，則可按下順起復(fù)位按鈕將其手動復(fù)位,。
　　
2.2.4 倒系統(tǒng)
　　
當(dāng)所選料線設(shè)備正常運行,，若需要小范圍更改料線而不是整個系統(tǒng)停車，則可執(zhí)行“倒系統(tǒng)”操作,。此時倒系統(tǒng)不會使整個系統(tǒng)停車,，但是在倒系統(tǒng)結(jié)束后，應(yīng)及時點擊“倒系統(tǒng)”按鈕使倒系統(tǒng)操作結(jié)束,。
　　
2.2.5 系統(tǒng)急停
　　
在現(xiàn)場時常會發(fā)生人們難以預(yù)料的情況,，此時如果每個設(shè)備都要現(xiàn)場操作人員手動停止的話，往往可能快速性不夠,，很難達(dá)到一有情況就全線立即停車的目的,。在軟件中設(shè)置“急停”，保證對現(xiàn)場事故迅速作出反應(yīng),，最大限量達(dá)到避免現(xiàn)場操作人員傷亡和減少經(jīng)濟(jì)損失的效果,。當(dāng)監(jiān)控畫面按下“急停”按鈕時，整個料場系統(tǒng)所有設(shè)備都會無條件停車,。

3 系統(tǒng)功能
　　
（1）按照生產(chǎn)需要選擇上料,、堆料、取料,、應(yīng)急取料等不同的流程,， 并控制流程上設(shè)備的順序啟動,、同時啟動、順序停止,、同時停止,、緊急停止、故障停止等。
　　
（2）可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇不同的含鐵原料,， 改變或設(shè)定各種含鐵原料的配比,，通過自動配料控制系統(tǒng)實現(xiàn)所選原料按配比下料。
　　
（3）報表打印功能,?？梢栽诿看胃淖兣浔群髮⒃浔群托屡浔却蛴〕鰜? 可以統(tǒng)計各班的配料總量、各種原料的消耗量,， 在當(dāng)班結(jié)束時打印出來; 統(tǒng)計每月的配料總量,、各種原料的月消耗量，每月末以報表的形式打印出來,。
　　
（4）報警功能,。本控制系統(tǒng)可以在生產(chǎn)過程中實時監(jiān)控各種關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況，若設(shè)備的運行參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的上下限,，則在主控室的上位機(jī)上發(fā)出報警信息,，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施。
　　
（5）故障記錄功能,。本系統(tǒng)可以記錄在運行過程中出現(xiàn)故障的設(shè)備,， 故障時間及有關(guān)故障的簡單信息， 方便維護(hù)人員維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備[3],。

4 結(jié)束語
　　
系統(tǒng)自調(diào)試,、投入運行以來，運行狀態(tài)良好,。實踐證明,，采用GCS-1控制系統(tǒng)及光纖環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很好的適應(yīng)了控制設(shè)備多,、采集分站較多,、地域分布較廣、實時性要求較高,，系統(tǒng)可靠性要求高的場合,，解決了綜合料場各控制站與中心控制站數(shù)據(jù)交換的問題，使現(xiàn)場設(shè)備在中心調(diào)度室進(jìn)行集中控制節(jié)省了大量的操作人員和項目投資,。在整個系統(tǒng)中,，PLC、變頻器和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合使用,，減少了現(xiàn)場電纜的敷設(shè),，提高了設(shè)備的可靠運行和自動化程度，降低了設(shè)備維護(hù)量,，且在生產(chǎn)過程中節(jié)省人力,、減少中間環(huán)節(jié),，有效提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)
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[2] 付應(yīng)紅,，李曉帆,，項進(jìn)解.軟PLC（SoftPLC）技術(shù)、產(chǎn)品及控制方案探討[J].微計算機(jī)信,，2000,，16（5）：27～29
[3] 鄭晨，鞏建平.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用[M].（第三版）.北京：科學(xué)出版社,，1997