摘 要：本文介绍一个基于工业控制计算机和PLC的筛焦过程控制系统，由网络操作站和控制站组成。网络操作站主要实现过程的实时监视和管理，控制站由S7-300 PLC控制器构成，采用STEP7 V5.1编程软件进行程序设计，实现设备的联锁启动和现场事件的处理。本文主要介绍PLC在筛焦过程控制中的应用。
关键词：筛焦过程，PLC，联锁启动，实时控制
1 引言
筛焦系统主要是将熄焦后的焦炭由熄焦车放入焦台，经冷却和补充熄焦后，由刮板放焦机切至带式输送机上，再由下方带式输送机送入筛贮焦槽，经过三级筛分，焦炭以大于25mm，10～25mm，0～10mm的粒度分别入槽。筛焦槽内的焦炭可直接装火车外运，或经带式输送机送到炼铁旧有带式输送机上。筛焦工段主要由焦台、刮板放焦机、输送皮带、转运站、筛焦楼等组成。
筛焦系统要求实现生产过程中各设备的顺序逻辑控制，主要是对系统的选择、切换、起点、终点的确定以及对系统的运行进行控制和管理。通信功能实现与上位机和旧有运焦系统的通信。为此，我们建立一个基于工业控制计算机和PLC的筛焦过程控制系统，由网络操作站和控制站。网络操作站主要实现过程的实时监视和管理，控制站由S7-300 PLC控制器构成，采用STEP7 V5.1编程软件进行程序设计，解决设备的联锁启动和现场突发事件的及时处理。本文主要介绍PLC在筛焦过程控制中的应用。
2 控制系统的结构设计
整个筛焦系统设备多而且分散，加上筛焦车间粉尘较多，工作环境十分恶劣，因此必须选用抗干扰能力较强的PLC来实现对底层设备的控制。控制系统由上位监控机、PLC主站、控制模块和现场设备层组成。
在设计中采用S7-300系列PLC控制器。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握。因此，采用S7-300作为筛焦系统实现复杂顺序控制，解决设备的联锁启动问题，实现对开关量输入、输出信号的处理以及与旧有系统的通信。
筛焦工段共有的控制点数：数字量输入160点;数字量输出64点。根据控制点数及要求中央处理单元选用CPU 315-2DP，利用筛焦工段CPU内部的DP接口与地面站系统CPU的DP接口将两套系统相连，共用一个操作站，使用接口模块IM 360扩展为3个机架。
筛焦系统共有10个数字量输入模块，4个数字量输出模块，一个通信卡CP 341，以及一个配合电子皮带秤使用的CP 341通信处理器。利用CP 341从CF-900B微电脑皮带秤仪表采集数据，CF-900B电子皮带秤通过其上的微传感器得到称重的瞬时值和累计值，以脉冲的形式将数据打包送至CP 341，CP 341接收到数据后上传至上位机显示。
采用国际通用的PROFIBUS-DP现场总线标准协议与上位机进行通信，与旧系统之间进行点对点（PTP）通信。图1为筛焦系统网络结构图。
图1 筛焦系统网络结构图
3 控制系统软件设计
为了保证筛焦系统的正常、可靠运行，该系统应满足以下控制要求：
（1） 有中央联动运转（自动）和机侧单独运转（手动）两种控制方式;
（2） 各个设备在启动和停止过程中，要根据设备启动或停止时间合理设置时间间隔（延时），以保证无堆料、压料的情况;
（3） 运行过程中，某一台设备发生故障时，其上流设备立即停止，下流设备延时净化停止;
（4） 实现与旧有运焦系统的通信;
（5） 可显示各条料线的运行情况，并对报警，开关机时间，上煤量等做出实时记录。
3.1 系统设计思路
在整个系统中，采用工业控制计算机作为上位机，它与下位机（PLC）进行通信，对设备的运行情况进行实时采样，并在屏幕上显示系统的仿真画面，兼作故障报警、报表等。在上位机的操纵画面上选择不同的运行方式和工作状态，结果送入PLC。下位机根据上位机发出的命令，执行对应的功能块，在控制各个设备运行的同时，向上位机发送工作组态信息，接受上位机的命令信号，实现事故停车处理功能并启动报警设备，快速响应中央操作室内的“紧急停车”指令。这样，上位机与PLC相互配合，实现整个筛焦系统的监测和控制功能。
3.2 系统控制程序的开发
采用软件STEP7 V5.1对筛焦控制系统进行设计和编程。STEP7是一个对S7-300和S7-400PLC进行编程的应用软件包，除了可以编制S7程序块以外，还可以设定各种参数、在线监测、查询故障等。本系统采用模块化编程，根据工艺流程，按照不同的联锁关系组成多种运行方式，在集控室集中联锁控制设备运转。在编程实现的过程中又可根据运行方式的不同编写不同的功能（FC）,然后在组织块（OB1）中，调用各个功能（FC），从而满足不同控制要求。
在筛焦生产过程中，根据工艺流程分为筛焦前控制系统和筛焦后控制系统，每一个系统又按照不同的起点、中间点、终点将作为一种运行方式来划分，共有14种运行方式，每种运行方式都有“集中启动”，“净化停止”，“一齐停止”三种工作状态。
图2 控制程序框图
集中启动要求设备都处于“中央操作”时才可以联锁启动。这就需要在设备启动之前判断该料线设备是否准备就绪、设备启动的联锁条件是否满足。若设备都处于 “准备好”状态，就可以在上位机向PLC发出命令，首先是响起预示信号，启动被选择的除尘设备。为防止皮带压料的情况，要求经延时后按顺序逆料流启动该料线上的设备，设备启动后，送给上位机设备的“运转信号”，进行动态监视。设备启动起来，上位机得到“运转信号”，上位机的流程画面上就可以进行实时监视。
完成任务后，系统需停止工作，上位机发出“净化停止”命令，结果送入PLC控制器中，调用相应的净化停止FC。由于皮带不能堆料所以要按照顺料流方向延时停止，经过一段的净化时间后，所有的设备才一齐停止，最后停止除尘系统。这样系统处于停止中，设备运转指示消去，等待下一次的启动命令。
针对突发事件，需要在较短的时间内迅速停下所有的设备时，上位机发出“一齐停止”命令。结果送入PLC中，调用相应的一齐停止功能块，使设备全部停止，系统处于停止中,设备运转指示消去，等待下一次的启动命令。
操作室控制面板上还设有一个“紧急停止”按钮，当需要紧急停止整套设备（包括预示信号）时，操作该按钮，系统实现立即停止，同时启动“报警指示灯”和“预警响铃”。
3.3 编程方案
在筛焦系统过程控制中，不同的运行方式之间存在一定的互锁关系。编程实现过程中把方式之间的锁定放在主程序中处理，即当选择了某种方式之后，其他的一些方式将处于无效状态。然后根据上位机的选择进入功能块FC中。现以图3说明如何在主程序中实现集中启动，净化停止和一齐停止的调用。
图3 系统逻辑框图
在被调用的FC中，首先进行的是同一料线的三种工作状态的锁定，当所有的设备都启动或停止完毕，当前工作状态复位，使另外两种状态有效，等待下一次的命令。
故障处理放在集中启动FC中进行，设备启动过程中发生的任何故障都可在FC中及时进行处理。故障处理完毕，复位故障位，等待下一次的集中启动。若联锁系统上发生重故障的话，该设备停止，其上流设备一齐停止，下流设备经过一段净化时间后一齐停止。遵循这条原则进行设备的故障处理设计。
4 结论
利用PLC作为下层控制器，工业控制计算机作为上位监测装置，二者互相配合共同实现了整套筛焦系统预期的控制效果，各项技术指标也达到了设计要求。
参考文献
[1] 彭利标等. 可编程控制器原理及应用. 西安：西安电子科技大学出版社，1999
[2] 何二山. 可编程序设计范例大全. 上海：同济大学出版社，1997
[3] SIMATIC S7-300和S7-400梯形逻辑编程参考手册