河钢宣钢焦化厂 河北张家口 075100
摘要：宣钢焦化厂采用国内较为先进的西门子S7系列可编程控制器（PLC），分别对炼焦四大机车进行了升级改造，替代了继电接触控制。在实现集中联锁自动控制、提升工艺操作，降低成本、提高焦炭质量方面取得了良好成效。
关键词：炼焦四大机车；PLC；推焦
1 引言
炼焦四大机车（推焦车、装煤车、拦焦车、熄焦车）是现代炼焦生产的重要组成部分，炼焦生产过程中的装煤、平煤、推焦、拦焦、熄焦等主要工艺环节都由四大机车分工合作完成。提高四大机车的自动控制精度，对提升焦炭质量，降低设备事故有着举足轻重的作用。为此，宣钢焦化厂提出并实施了一套基于PLC（可编程控制器）的机车控制系统。应用结果表明，该系统控制灵活，可靠性高，具有广泛的推广应用价值。本文仅以四大机车升级改造之一的推焦车为例，阐述PLC 在机车控制方面的成功应用。
2 工艺特点和联锁
2.1工艺特点
宣钢焦化厂第一炼焦车间1#推焦车，在6米焦炉机侧的轨道上运行，并按工艺流程进行走行、推焦、平煤、开闭小炉门、取门、炉门清扫、石墨清扫等一系列操作。以推焦这一代表性的动作为例来说明PLC的应用。
推焦车走行至要出焦的炭化室，准确对位，取门台车前进，经炉门旋转机构旋转后继续前进，至炭化室门前，取下炉门并带着炉门逆向运行至取门后限。头尾焦刮板机运行接住散落焦碳送到头尾焦斗，清门台车前进靠近炉门进行炉门自动清扫。然后推焦杆前进至炉门前暂停，对正炉门推焦，推焦杆进入导焦栅后，经过前进端减速加涡流制动至前进端停止，推焦结束后，推焦杆后退回原位置。取门机构按取门的逆动作顺序关闭炉门并退回原位，头尾焦刮板机停止。至此推焦机完成一次完整的推焦操作过程，下图为一次推焦流程图：
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图1
2.2联锁
推焦杆是推焦车的关键设备，在炼焦生产中非常重要，运行条件苛刻，对它的保护和联锁也至关重要。为保障安全，推焦车设有许多联锁条件，只有条件满足，下一个动作才能进行。如推焦这一动作，其联锁条件就有：
走行停止
熄焦车允许推焦联锁
推焦杆定位限（-SQ109）
清框台车后限（-SQ446）
推焦主令控制器在零位（-SA100）
推焦后限（-SQ156）
取门后限（-SQ414）
吊上限（-SQ427）
从满足工艺生产需求出发，考虑到安全性、可靠性、经济性、可扩展性等因素，宣钢焦化厂一炼焦推焦车采用PLC可编程控制器（西门子公司S7-300系列）进行自控系统构建，用先进的PLC控制取代了继电器接触控制，其中走行自动时通过PLC控制变频器，手动时可以甩开PLC系统，用转换控制器控制走行。在紧急情况下能够防止重大事故的发生。
3.控制系统设计
3.1 PLC控制系统的硬件组成
推焦车包括推焦、平煤、取门、清门、清框多个单元系统，每个单元均设有三种操作方式，即手动、半自动、自动。硬件系统输入输出开关量较多，程序量也较大。如：输入开关量有161个，输出开关量有139个。目前可供选择PLC产品种类繁多，各具特色。考虑到工艺控制要求，输入输出的点数以及整个系统的运行速度，我们选用西门子S7-300系列。西门子 S7-300系列的PLC配置灵活，体积小，24VDC电源供电，安全方便，性能高又易掌握。它是整体式结构，电源、CPU、I/O模块可集中在一个机柜内，也可以根据需要用Profibus-DP总线连接到操作台或其它机柜。I/O开关量最多达到16点，程序运行速度快，MPI（多点接口）最大传输率为187.5Kbps，Profibus-DP可达到12Mbps。并具有逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、监控等功能。所以我们选用SIMATIC系列的PLC。
本系统采用PS307 5A电源模块和CPU314模块，利用一块接口发送模块IM360和两块IM361接口接收模块，I/O模块共计采用三种：分别是12块DI16×AC120V/230V，5块DO16×AC120V/230V/1A，5块DO16×DC24V/0.5A。由一个主机架和两个扩展机架组成，之间通过总线相连，用西门子STEP7编程软件完成系统组态设置、编制程序和数据传送设置。由于采用了总线结构，大大减少了控制系统的现场布线，并采取抗干扰、抗震动措施，增强了系统的稳定性、可靠性、安全性。
3.2 PLC控制系统的软件设计
推焦车的特点是有严格的操作顺序，工艺较为复杂，输入输出的开关量较多，为此我们首先确定各个动作的先后顺序、相互关系和联锁条件，写出PLC各个输出控制信号与输入信号的逻辑关系。依靠Step7 v5.2编程软件，以梯形图方式编写后写入PLC中。在PC机中，可实现在线监视、修改变量，对输入、输出点可以进行变量强制，以满足调试、维护需要。本控制系统采用状态设计法编制控制程序梯形图。其关键是确定系统在工艺流程中的状态及状态转化的条件。在本系统软件设计中，首先按工艺流程对推焦车的运行状态（如走行停止、小炉门开限、平煤溜槽前限……）分配中间变量，然后确定各状态的先后次序及联锁关系，明确系统所要涉及到的输入、输出量。画出PLC各输出信号与输入信号的逻辑关系，再由逻辑关系转化为梯形图。
以下是推焦车部分动作的程序：
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图2
程序设计中，在推焦车上充分利用了PLC内部的辅助继电器（M）、计数器（C）、定时器（T）、等各种功能模块，使各控制系统严格执行互锁，并对系统可能出现的报警等也都编制了相应的中断程序来进行适当处理，保证了系统的有效可靠运行。该程序设计分别由走行控制系统、推焦控制系统、平煤控制系统、取门控制系统、清门控制系统、小炉门控制系统等控制程序组成，采用状态设计法编制后，梯形图程序流程有序，逻辑清晰。在软件设计中适当添加联锁条件使各动作间严格确保相互约束或定时关系，建立符号表，将合适状态标志位如“开限、闭限、前限、后限、上限、下限……”应用到各控制状态的设计中去。
4.应用效果
本系统设计充分体现了PLC可编程序控制器的特点，而且非常适合焦化炼焦四大机车的控制系统，并在其他车辆得到推广应用。先后引入PLC系统对拦焦车和熄焦车进行了升级改造，该系统自2005年升级改造投入运行后，在生产过程中运行稳定，动作安全、可靠，杜绝了人为因素造成的设备及炉体的损坏，完全达到了设计要求，最大限度满足了炼焦生产的需要。
参考文献
[1]王霆 范玉佩 江秋林编，可编程控制器与紧急停车系统，化学工业出版社
论文作者:张爱萍,边海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/5
标签：炉门论文; 联锁论文; 炼焦论文; 控制系统论文; 系统论文; 机车论文; 焦化厂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;