西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8一级代理
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分散，加上筛焦车间粉尘较多，工作环境十分恶劣，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。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）,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，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，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，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。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，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。
布线时，PLC根据布线机上的导线辊偏转角及缠绕收线速度来控制布线机走步的快慢，通过脉冲发生器来计量布线机所在位置，并通过位置来控制布线机运转方向，以达到来回整齐、紧凑布线的目的。布线机采用小功率直流电机带动，通过类似于变频电路的驱动器来控制电机的正反向和速度。
为了在收线轮的两边取得较好的布线效果，并且能快速有效地反向，必须在两头留有一定的自由空间（换向区），通过空间限制迫使线能瞬间换向。在这里不是通过物理极限开关来提供换向信号，而是由用户根据不同线径的钢绞线在布线时的实际效果，来设定4个位置量。在PLC中设定了从左往右的层绕位置（LayerRight），停止位置（Stop Right）；从右往左的层绕位置（Layer Left），停止位置（StopLeft）。层绕位置为换向临界位置，停止位置为自由换向区内边界。PLC根据检测到的位置与这4个位置量进行比较来决定布线机的速度，停止与换向。当布线机到达换向临界位置时，为防止钢绞线换向时分叉，布线机加速往前靠近换向区。当布线机到达自由换向区内边界时，停止向前，等待钢绞线自由换向后，形成方向小滞后角后随钢绞线一起往回走。缠绕挂车时，布线机的初始位置在收线轮的左边停止位置，此时从左往右的计数值清零，当从左往右的计数到达StopRight时，正向布线工作结束（正向：左边→右边）；反向同理。从左边→右边→左边为一个来回。换向区的设定值由线径和收线轮的实际长度决定，一般为0.5-1倍线径。当钢绞线到达停止位置后，布线机方可加速往前。换向临界位置的大小可以调节布线机到达停止位置的快慢，防止钢绞线换向后分叉。一个特殊的情况是当要求倒向（钢绞线由后往前变成由前往后或者由前往后变成由后往前）时，布线机必须马上换向往回走，此时收线机和放线机功能互换。布线机的速度必须与收线机的速度保持一致，为使线与线之间紧凑，布线机必须相对滞后些，在布线机轴线和收线机轴线构成的坐标中，绞线形成一个较小的滞后角。在PLC中设定了所需保持的滞后角参考值，PLC根据布线机上的导线器的偏转角与设定角之间
引言:
PLC控制系统由于具有功能强、程序设计简单、扩展性好、维护方便、可靠性高、能适应比较恶劣的工业环境的特点,在工业企业广泛应用.由于工业环境条件恶劣,以及各种工业电磁,辐射干扰等,影响PLC控制系统的正常工作,必须重视PLC控制系统的抗干扰设计.为防止干扰,可以采用硬件和软件相结合的抗干扰方法. 防止硬件干扰的方法有:1采用性能优良的电源来抑制电网引入的干扰2电缆的选择与铺设来降低电磁干扰3完善接地系统4采用光电隔离来抑制输入输出电路引入的干扰等.而利用PLC软件来减少干扰是PLC控制系统正常、稳定工作的重要环节.下面主要分析在生产实践中应用的利用PLC组态软件来减少干扰的方法:
一、减少数字量输入扰动的方法
1、 计数器法
CON—计数器
NOT—非门
RS—复位优先触发器
IN—输入
OUT—输出
N—脉冲采样个数
注释：当外部有信号输入时，控制系统采集连续的N个脉冲使RS触发器输出为“1”，只有当外部输入信号由“1”变成“0”时，RS触发器的复位端为“1”，将RS触发器的输出复位成“0”。而当有瞬间干扰脉冲时，CON计数器将采集不到连续的N个脉冲，CON计数器无法输出，这就起到了减少干扰的作用。（N一般情况下取2）
优点：响应速度快，对周期性的瞬时干扰起到了一定的抑制作用。
缺点：不能消除超过CON计数器采样时间的干扰。
2、延迟输入法
IN—输入
OUT—输出
TIME（ET）—延时时间
TON—延时输出（其曲线如下图）
注释：当输入IN=1时，启动计数器直到计时时间（PT）=延时时间，OUT=1。当计数器计时时间〈延时时间，OUT=0。延时时间好取1S以内。
优点：消除了短时的周期干扰。
缺点：响应速度慢，不利于信号的快速传输。
二、减少模拟量输入扰动的方法
1、限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
注释：当模拟量输入信号在HL和LL之间时，OUT=IN。当IN-AI信号超出或等于HL或LL时，GE或LE判断IN-AI信号，使OUT1或OUT2输出“1”去封锁MOVE，从而保持MOVE的输出为HL或LL的设定值。也就起到了限幅的作用。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：平滑度差。
2、延迟滤波限幅法
MOVE—移动保持指令（使能端EN=1，OUT=IN。EN=0，OUT保持前次值）
GE—大于等于指令（OUT=1，IF IN1≥IN2）
LE—小于等于指令（OUT=1，IF IN1≤IN2）
HL—上限设定值
LL—下限设定值
LG—延迟滤波指令（其曲线如下图）
TIME—延迟滤波时间
注释：功能基本和限幅法相同，只是在输入端增加了一个延迟滤波器，对输入信号起到了延迟缓冲的滤波。
优点：有效地抑制了周期性的脉冲干扰。平滑度比限幅法有所改善。
缺点：信号响应速度减缓。
3、延迟滤波比较法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
ABS—值指令
GE—大于等于指令
HL—大偏差值
TIME—延迟滤波时间
注释：正常情况输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后直接输出，OUT=IN-AI的值；当有突变信号时，输入信号IN-AI经过一阶延迟滤波后与含有突变信号的输入信号IN-AI相减取值（无论出现正偏差还是负偏差），与HL值比较，若大于等于HL的预设值，OUT1=1，将LG—延迟滤波器切换成跟踪状态，此时OUT就保持了输入信号IN-AI突变前的值。直到突变信号减弱，OUT1=0，OUT=IN-AI。
优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。平滑度高。
缺点：灵敏度取决于TIME—延迟滤波时间的大小。
4、积分消抖滤波法
LG—延迟滤波器
SUB—减法指令
GE—大于等于指令
LE—小于等于指令
OR—或门（自做的DFB功能块）
NOT—非门
TON—延时输出
EOR—异或门
MOV—移动保持指令
PI—比例积分调节器
HL—大正向偏差值
LL—大负向偏差值
TIME—延迟滤波时间
TIME1—延迟输出时间
TIME2—延迟滤波时间
注释：参数设置：LG（TIME=1S），TON（TIME1=10S），LG1（TIME=30S），HL=0.2，LL=-0.2 ，PI（TI=10S，将P放开封锁成为纯积分调节器）
三、 小信号在变化幅度中变化时
1、终状态：此时为稳态，输入与输出相近。OR输出为“0”，NOT=1，TON时间已超出10S，EOR=0，MOV不保持，PI不积分，SUB=0，信号走PI的跟踪回路，LG1滤波后输出。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1（滤波30S）→输出
2、 小信号的暂态变化：（在TON=10S之前）OR=0，NOT=1，TON未到10S，EOR=1，MOV保持，PI积分作用，LG1未起作用，输出跨越LG1（TIME=30S），直接到输出端，此时为线性跟踪滤波状态。
四、 信号大幅度变化时（≥HL，≤LL）
OR=1，NOT=0，TON不起作用，EOR=0，LG1（TIME=30S）不起作用，PI不起作用走跟踪。正常的信号流向：IN→LG→PI的跟踪→LG1的跟踪→输出
五、
1、 小信号在10秒之内，经过LG（TIME=1S），PI的积分作用，跳过LG1（TIME=30S），直接输出，实现输入信号的滤波和跟踪状态。
2、 小信号在10秒之后，经过LG（TIME=1S），PI的跟踪和LG1（TIME=30S）跟踪输入。
3、 大信号变化时，LG（TIME=1S）作用，LG1（TIME=30S）不起作用，此时为输出快速跟踪。
优点： 对于被测参数有较好的滤波效果， 对周期性干扰具有良好的抑制作用，平滑度高。
缺点： 对于变化缓慢的输入信号响应慢。
结束语
上述所分析的方法，均在生产实际中得到检验，取得了一定的效果，并随着生产实际的需要和经验的积累，不断完善其对干扰的软件处理方法。