7.63m焦炉刮板机自控系统设计

摘要：本文介绍了焦化厂焦炉新型清扫刮板机自控系统的控制方法。通过Profibus-DP现场总线实现PLC与行走、卷取变频器及编码器之间的数据通信，通过带Profibus-DP接口的绝对型编码器实现对小车位移的精确控制，通过设置工作站实现对生产状况的监控。详细说明了系统的设计思路及方法。 1引言    国内刮板机仅能提升，不能水平输送，且功耗大、用材多，因此马钢煤焦化公司参照德国产品，设计研发了国内第一台粉焦刮板机。粉焦刮板机安装在粉焦沉淀池上，用于将熄焦环水沉淀池中的粉焦刮到粉焦脱水台上，其新颖的设计具有功耗小，用材少的特点。    本系统要求刮板的位移控制精度小于5mm，因此控制系统设计了以下功能来实现刮取的稳定和整个系统的精确可靠运行和有效管理：    （1）基于Profibus-DP现场总线的行走变频器和卷取变频器控制；    （2）采用绝对型编码器对小车位移进行精确控制；    （3）上位监控。 2控制方案    刮板机系统控制对象包括：行走电机、卷取电机、电动抱闸。行走电机、卷取电机包括正反转控制。系统自动控制的核心是行走及卷取的精确定位控制。    （1）为实现精确定位控制，位置检测选用带Profihus-DP的绝对值编码器。由PLC采集编码器提供的小车行走位移信号，将其与上位机设定的限位值进行比较，根据小车的实时位置得出新的速度给定值经Profibus-DP现场总线传送至卷取变频器及行走变频器，控制卷取电机和行走的速度。为实现快速停车，给变频器配备了制动单元和制动电阻。    （2）系统设备运行控制方式有全自动、手动两种。启动后，自动循环往返实现工艺控制过程，对运行、停止、故障都有指示，并提供故障报警及事故紧急停车等功能。同时在手动状态时，可手动、电动控制行走电机、卷取电机的运行。系统传动部分及PLC部分放置在控制柜中，现场采用现场操作箱操作。    （3）为防止意外事故发生，在行程极限位，增设了接近开关，作为编码器故障的双重保险。同时为了确保电机到位后绝对停车，特意配备了电动抱闸，作为最后停车保障之用。    （4）设备工作站。工作站的功能包括操作界面和系统运行监控，具体内容为：工程师和操作员的操作权限，各设备操作画面，小车和刮板位置画面，本次小车、刮板位置数据，历史趋势图，报警信息等。 3控制系统配置    （1）PLC选型及配置    系统配置如图1所示。

   SIMATICS7-300是西门子公司的PLC，CPU315-2DP集成了Profibus-DP现场总线接口及协议。行走变频器和卷取变频器选择西门子的矢量控制变频器6SE70系列。PLC与变频器和编码器之间的数据传送是通过Profibus-DP现场总线来实现的：为了节省控制电缆及实现数据传输，给变频器配备了CBP2通讯卡；为实现精确定位控制，位置检测选用带Profibus-DP的绝对值编码器，使变频器及编码器挂在S7-300PIC为主站的Profibus网上。为与下位PLC之间通讯，PLC系统配置了一块以太网通讯模块CP343-2，组成工业以太网。    （2）PLC输入输出点的确定    系统共用1块AI模块、2块DI模块、2块DO模块。    输入点有以下几个方面：压力站（待建）压力信号，操作室控制启动、停止、选择信号，行走变频器、卷取变频器运行状态检测及故障检测，小车、刮板位移检测，限位、保护信号，故障复位。    输出点有以下几个方面：行走电机和卷取电机启动、停止控制；行走变频器和卷取变频器速度给定；电动抱闸；状态指示。    （3）用西门子工控机作为工作站，并采用TCP/IP通信方式实现监控软件WinCC与PLC的通信。 4系统的软件设计    （1）工作站的软件设计    系统控制参数的设定在人机界面上输入、输出的控制数据通过在线趋势图在人机界面上显示。用WinCC6.0实现监控功能及人机界面。首先，建立WinCC控制项目，在标签管理（Tag Management）中选择添加PLC驱动程序。系统采用TCP/IP通信方式，选择支持S7协议的通信驱动程序SIMATICS7 ProtocolSuite.chn，在TCP/IP通信方式下连接S7-300 PLC并设置TCP/IP地址等参数，其中TCP/IP地址应与PLC中TCP/IP地址的设置相同。其次，在组态完毕的PLC下定义变量标签Tag，对每个标签设置标签名、数据类型、地址等参数，其中标签地址与PLC中的输入、输出变量的地址形成对应关系；最后，在图形编辑器中制作生产工艺流程监控画面，将变量标签与每个对象连接，实现对生产状况的监控。    WinCC的变量记录编辑器（Tag Logging）允许在控制过程中采集数据，并将调理后的数据用于显示和存档，并通过WinCC Online Trend（WinCC在线趋势）以曲线的形式显示过程变量，输出煤料的瞬时流量值和料仓的料位值。此外，利用WinCC完善的用户权限管理功能可对用户的访问和操作权限进行有效管理，防止误操作。    （2）控制软件设计    PLC编程软件应用STEP7 V5.3版。    刮板机运行控制方式有全自动、手动两种。全自动控制的流程为：操作室发出启动请求，首先刮板卷取电机启动，将刮板放入沉淀池底，等待位置信号到达，启动小车行走电机，带动刮板刮焦。到斜坡时，刮板上升，小车继续前进至坡顶，刮板停止上升，小车前进至沥水槽端部，小车停止，刮板上升，小车加速回至起始位置，然后循环动作。程序流程如图2所示。

   券取、行走电机分别由卷取、行走变频器来调速，刮板、小车的位置分别由1#、2#绝对值编码器检测。2台变频器和2台编码器与S7-300 PLC由Profibus-DP现场总线相连，S7-300作为主站，变频器和编码器为从站。在STEP7中为变频器分配网络地址，该地址必须与变频器CBP板中设置的相同。网络中所有的站须设定为相同的数据传输率，本系统中传输率设1.5Mb。西门子6SE70系列变频器的Profibus-DP通信卡为CBP，插在变频器中，由基本装置提供电源。    工作时，主站传送变频器运行指令给从站，同嘲接收变频器反馈回来的运行状态及故障报警状态。在PLC的组织块OB1中调用SFC14“DPRD-DAR”、SFC15“DPWR_DAT”系统功能块向变频器的CBP通信卡读取/发送数据。    以行走变频器控制为例。控制字单元地址从W#16#100至W#16#10B，可进行12个字节的读取/写入。通过“DPWR-DAT”系统功能块把PLC应用程序“小车行进数据”数据块DBl中从DBl．DBX0.0开始的12个字节的内容写入行走变频器的控制存贮单元，包括初始化控制字，当前速度给定控制字、变频器使能控制字等。另外，通过“DPRD-DAT”系统功能块把行走变频器的状态字读人“小车行进数据”数据块DBl中从DB1.DBX0.0开始的12个字节的单元中，包括小车行进速度实际值等状态字。 5结束语    本系统运行后，不仅保证了焦炉刮板机的稳定精确运行，而且极大地方便了操作和管理。采用绝对型编码器使小车位移检测更加精确，变频器群控采用Prfibus-DP现场总线控制模式，不仅可靠性高、操作方便、故障诊断快，而且功能修改灵活、方便，具有推广价值。