摘要：本文章主要介紹西門子S7-300 PLC軟冗余系統(tǒng)在高爐噴煤制粉中的應(yīng)用，通過人機(jī)界面和PLC實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的啟停、自動(dòng)控制和儀表參數(shù)監(jiān)控等。
關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC) 軟冗余 過程監(jiān)控 組態(tài)軟件
一、項(xiàng)目概述
天津天鐵冶金集團(tuán)公司熱力廠煤粉車間擔(dān)負(fù)著為高爐制噴煤粉的重要任務(wù)，直接關(guān)系到高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定、節(jié)能降耗和提高經(jīng)濟(jì)效益。隨著生鐵產(chǎn)量的不斷提高及高爐噴吹煤粉能力的大幅度增長，為滿足高爐緊張的噴粉量的需求，需要將制粉和噴煤進(jìn)行自動(dòng)化改造，提升設(shè)備自動(dòng)化操作水平，提高效率，保障設(shè)備長周期安全生產(chǎn)。在高爐噴煤制粉工藝中應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)濃向送粉，安全可靠性高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，已是各企業(yè)改造的必由之路。
計(jì)算機(jī)PLC監(jiān)控系統(tǒng)的作用是通過對(duì)制粉和噴煤系統(tǒng)中各種設(shè)備、介質(zhì)在運(yùn)行過程中的狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為操作人員提供直觀形象的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主要設(shè)備遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，大大減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。
二.系統(tǒng)組成
針對(duì)本項(xiàng)目對(duì)控制系統(tǒng)要求比較高，同時(shí)也為了節(jié)約成本，我們采用了西門子S7－300系列的PLC,設(shè)計(jì)軟件冗余系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全可靠性。CPU與I/O站ET200M之間采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，I/O模塊支持帶電插拔，兩CPU之間采用MPI連接方式來保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，有故障時(shí)實(shí)現(xiàn)冗余切換，PLC與上位機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)工程師站和兩臺(tái)操作員站，選用原裝研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，每臺(tái)機(jī)器上裝有網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP1613，它們各通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC通訊處理器CP443-1通訊口連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。上位監(jiān)控軟件采用西門子公司的WINCC6.0組態(tài)軟件，它運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)控畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等。
三、控制系統(tǒng)功能
3.1 軟冗余功能
軟冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成。開始時(shí)，A系統(tǒng)為主，B系統(tǒng)為備用，當(dāng)主系統(tǒng)A中的任何一個(gè)組件出錯(cuò)，控制任務(wù)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)B當(dāng)中執(zhí)行，這時(shí)，B系統(tǒng)為主，A系統(tǒng)為備用，這種切換過程是包括電源、CPU、通訊電纜和IM153接口模塊的整體切換。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，即使沒有任何組件出錯(cuò)，操作人員也可以通過設(shè)定控制字，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)的主備系統(tǒng)切換，這種手動(dòng)切換過程，對(duì)于控制系統(tǒng)的軟硬件調(diào)整，更換，擴(kuò)容非常有用。
系統(tǒng)工作原理
在軟冗余系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，A、B控制系統(tǒng)（處理器，通訊、I/O）獨(dú)立運(yùn)行，由主系統(tǒng)的PLC掌握對(duì)ET200從站中的I/O控制權(quán)。A、B系統(tǒng)中的PLC程序由非冗余（non-duplicated）用戶程序段和冗余（redundant backup）用戶程序段組成，主系統(tǒng)PLC執(zhí)行全部的用戶程序，備用系統(tǒng)PLC只執(zhí)行非冗余用戶程序段，而跳過冗余用戶程序段。軟冗余系統(tǒng)中PLC內(nèi)部的運(yùn)行過程如下：
冗余功能切換我們也成功的進(jìn)行了測(cè)試，完全能滿足要求。
3.2 制粉控制
實(shí)施改造后，制粉實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)調(diào)節(jié)、自/手動(dòng)切換及自動(dòng)檢測(cè)，并能長期、可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。自動(dòng)系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：
熱風(fēng)爐：實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐送風(fēng)、煤氣、熱風(fēng)的操作及燃燒自動(dòng)控制，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)燃燒；
制粉輸煤：實(shí)現(xiàn)輸煤皮帶系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制監(jiān)控，給煤量采集與監(jiān)控；
制粉：實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)、排風(fēng)機(jī)及其工藝系統(tǒng)的儀表、電氣監(jiān)控與聯(lián)鎖；
磨機(jī)：實(shí)現(xiàn)磨機(jī)出入口溫度、前負(fù)壓和負(fù)荷控制；
布袋除塵系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)布袋壓力、差壓、溫度的監(jiān)控，反吹風(fēng)機(jī)、除塵電磁閥的監(jiān)控及反吹風(fēng)機(jī)、除塵電磁閥的手動(dòng)和自動(dòng)控制。
3.3 輸粉控制
3.3.1自動(dòng)送粉
當(dāng)任一高爐需要輸送煤粉時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)高爐所對(duì)應(yīng)的輸粉管線而進(jìn)行輸送煤粉。輸粉的整個(gè)順序是按照工藝要求而進(jìn)行的，具體的送粉操作程序如下：
輸粉過程的各個(gè)泵切換根據(jù)各個(gè)泵的設(shè)定（檢修、運(yùn)行）和各個(gè)泵的裝粉重量而進(jìn)行。
3.3.2自動(dòng)裝粉
當(dāng)計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)到某一個(gè)倉式泵在運(yùn)行狀態(tài)而沒有煤粉時(shí)，煤分倉自動(dòng)對(duì)該倉式泵進(jìn)行裝粉。裝粉順序過程是按工藝要求而進(jìn)行的。具體的裝粉操作程序如下：
倉式泵的稱重信號(hào)和倉式泵的狀態(tài)設(shè)定（檢修、運(yùn)行）決定倉式泵是否裝粉。自動(dòng)裝粉既有噸位限制，又有時(shí)間限制（在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定噸位可以送粉，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)不到規(guī)定噸位可以送粉）。
3.3.3手動(dòng)輸粉
當(dāng)遇有特殊情況時(shí)，為不影響給高爐正常輸粉，操作人員可以在特定的手動(dòng)畫面進(jìn)行操作。操作順序按工藝要求進(jìn)行操作。
四、 結(jié)束語
該SIEMENS S7-300軟冗余系統(tǒng)已在生產(chǎn)中得到實(shí)際使用，自投產(chǎn)以來一直運(yùn)行穩(wěn)定,為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，用戶很滿意。在該項(xiàng)目中PLC系統(tǒng)的應(yīng)用得到了充分的展示，這種冗余配置解決方案為廣泛的推廣到其它行業(yè)應(yīng)用提供了一定的參考價(jià)值。
