浅谈白煤破碎自动化设计

浅谈白煤破碎自动化设计

张松青

张松青

福建三钢闽光集团公司烧结厂福建三明365000

摘要：近年来，钢铁行业发展形势日益严峻，公司适时提出技术创新，降本增效理念以提高企业竞争能力。在此大环境下，烧结厂对白煤破碎系统进行了搬迁改造，且在智能自动化方面提出了更高的要求。对此必须对白煤电气控制系统进行自动化升级改造，确保其简单可靠、可操作性强。本文简要介绍了白煤破碎生产工艺，主要阐述自动化控制系统的设计过程及对调试过程中遇到的问题进行分析。

关键词：白煤生产工艺自动化设计问题分析

1白煤破碎工艺概况

烧结生产工艺流程中燃料破碎是必不可少的一环，其焦粉和无烟煤的粒度对烧结矿的质量影响很大。现我们厂燃料破碎主要设备为对辊与四辊，工艺上分为破煤系统、破焦系统以及成品送料系统。破煤系统起由两个粗煤仓经输送带到振筛进行筛分后再经过四辊破碎最后送成品煤仓；破焦系统起由一个粗焦仓经输送带到对辊进行初破，再到振筛进行筛分后经过四辊破碎最后送成品焦仓；成品送料系统则是将成品煤、焦按相应比例混合分别送烧结南区和北区。工业流程，破碎流程如下图1：

图2成品系统工艺流程

2白煤破碎自动控制系统设计

根据白煤破碎系统需要控制的相应设备，考虑到实际控制的需求。硬件部分选择了S7-400系列PLC,配备相应通讯模块，统计出I/O点数量、模拟量数量，考虑冗余，配备适量ET200模块及相应输入/输出模块；软件使用STEP7V5.5编程，Wincc7.3软件绘制画面。

一、硬件配置合理组态

打开编程软件新建项目，将SIMATIC400站名称改为XPM，点击进入硬件组态界面：为站结构放置机架的站窗口和"硬件目录"窗口，可以从中选择所需要的硬件组件。新设备在硬件目录中没有的可以通过安装GSD文件后查找。机架内配置如图3：

2.CP443-5通讯模块接口属性中工作模式设为DP主站DPV1模式，同时配置好相应子网属性参数；

3.CP443-1以太网通讯模块接口属性中配置好MAC地址、设置好IP地址、子网掩码，有使用路由的还需设好网关。具体设置见下图5

图6部分硬件配置图

二、上位机HMI画面设计

HMI监控系统采用WinCCV7.3中文版本编程，该版本不仅画面画质、色彩比WinCCV6.X的版本好，且具有更加高效的组态，更好的开放性，更强大的通信驱动功能，项目移植更简便等功能。画面按工艺流程绘制，主画面显示子系统目录，包括破煤破焦系统，成品系统，取料系统，直送系统；各子系统画面显示该系统设备状态，分画面显示具体设备的当前状态，包括基本状态、保护性动作和故障信息。通过画面可以清楚的了解到设备运行状况，可以对系统、设备实时操作，遇突发状况时可以一键急停保障人身和设备安全，在处理故障时，通过报警记录和趋势图分析可以很方便的查找问题。图7为破煤破焦系统，图8为成品系统。

3白煤破碎调试中遇到的问题分析

故障现像1

编制四辊程序时，由于四辊上辊要实现正反转控制，在程序段中按如下图9编制，在调试的过程中发现无法输出正转信号Fwdout，通过监视发现反转的互锁信号已有，相当于反转信号被置位。

图9程序截图1

分析和处理

PLC在执行程序时总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。所以当存储器中保留了反转输出信号时，当程序至上而下执行时，在线监控程序段时发现反转常闭信号断开，即出现上述所描述故障现象。

为了避免同类问题出现，在编写程序时应先编写需先执行的程序，比如下图10。即上一程序段FaultDly的状态总是在执行下一条程序前被刷新，从而输出正确的执行结果。

当扫描循环时间大于预设值，CPU停机，触发定时错误OB80。

分析和处理

鉴于400系列PLC的运行速度，及其硬件配置和需执行的程序，导致程序扫描循环时间过长的问题，极有可能是硬件和通信的问题，针对问题我进行了如下步骤处理：第一步通过在线硬件监控发现有多个机旁箱I/O模块不在线，经排查是模块已组态但由于部分设备不具备开机条件，故未上电；第二步结合从站传输距离和节点数量对系统波特率的检查；第三步检查Profibus总线接头，在PROFIBUS总线连接的第一和最后节上，电缆必须被连接在左边（A1,B1），且开关设定为“ON”(此时终端电阻被连接)，屏蔽层必须裸露平躺在金融导片上；第四步检查中继器和终端有无堵终端电阻。在各个环节都检查后再次对CPU模块信息检测，检测到扫描循环时间降到了4ms了。

综合两个问题，对可编程控制器（PLC）的工作过程中的两部分有了更深的理解，其包括自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图12所示。PLC在每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自诊断正常，继续向下扫描，然后PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处理。当PLC处于停止（STOP）状态时，只循环进行前两个过程。而在PLC处于运行（RUN）状态时，PLC从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次以上五个阶段所需要的时间称为一个扫描周期。

图12PLC工作过程

结论

生产实践表明，该自动系统满足控制传输、数据处理等功能，具有断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等众多功能，基本能达到设计要求，人机界面友好，操作方便，运行可靠，控制效果良好，为白煤生产管理，设备维护提供了极大的便利。