新法熄焦控制系统.docx

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第48页新法熄焦控制系统摘要本实用新型涉及焦化行业的新法熄焦控制系统，该系统由系统控制柜，地面数据采集装置，车上数据采集装置，车内操作箱组成；系统控制柜是本系统的核心控制装置，由可编程控制器，触摸屏和不间断电源构成；地面数据采集装置与系统控制柜通过数据线连接，安装在熄焦塔旁的地面上，与车上数据采集站相互作用互传位置信号，接收熄焦指令信号给系统控制柜；车上数据采集装置安装在熄焦车外侧，与地面数据采集站相互作用互传位置信号，接收车内操作箱的熄焦指令信号；车内操作箱安装在熄焦车驾驶室内。本实用新型具有采集和监视熄焦工艺的过程数据准确，可靠；大大提高了生产效率，减轻工人的劳动强度等优。关键词：控制系统； 数据采集；熄焦工艺abstractthe utility model involving the new extinguish coke coking industry control system 。this system consists of system control cabinet,the ground data acquisition device，the car data acquisition device，interior operation box is composed; this system is the system control cabinet core control device, by programmable controller,touch screen and uninterrupted power supply particles; the ground data acquisition device and system control cabinet, data connection through，installed in extinguish the floor beside the focal tower, and the car data acquisition station interaction mutual preach position signal, receiving out commands to system control cabinet focal; the car went data collection equipment installed in the focal car outside, with ground data acquisition station interaction mutual preach position signal, receiving the car operation box out commands; interior operation box installed in the focal car driving out indoor.the utility model has acquisition and monitoring the process of focal process out accurate data, reliable; enhanced the production efficiency, to reduce the labor intensity, etc optimal.keyword：control system ；data acquisitionextinguish ；focal process目录1绪论11.1 常规湿法熄焦11.1.1 湿法熄焦原理及有关问题21.1.2 焦炭的水分指标31.1.3湿法熄焦存在的问题.41.2 新法熄焦工艺发展概况41.2.1 新法熄焦系统构成. 4.1.2.2新法熄焦操作步骤41.2.3新法熄焦的优越性51.2.4 新法熄焦的有关问题71.3 本章结语82 plc的基本配置和指令92.1 plc的基本配置102.1.1 cpu的构成102.1.2 i/o模块102.1.3 电源模块102.1.4 底板或机架102.1.5 plc 的外部设备112.2基本指令系统和编程方法112.2.1 基本指令系统特点11 2.2.2 编程语言的形式. . . .113触摸屏的应用143.1 软件的介绍143.2新法熄焦系统触摸屏操作画面163.3 触摸屏和plc熄焦控制系统的应用193.4本章小结214新法熄焦控制系统设计224.1系统设计的基本步骤224.2 新法熄焦控制系统原理244.3熄焦控制系统控制要求及设计思路254.4 plc选型和端口分配264.4.1 plc 型号的选择原则274.4.2 plc 型号的选择294.4.3西门子s7-200简介294.4.4 分配输入 / 输出点30结论32致谢33参考文献34附录.351绪论熄焦是炼焦工艺过程中重要的一部分，它与焦炭质量密切相关。从总体上讲，熄焦就是焦化企业把刚刚出炉的焦碳冷却到常温的过程。这样有利于有效地控制熄焦过程，使其快速、准确地达到控制效果，这对整个炼焦过程具有十分重要的意义。目前，熄焦技术主要有干熄焦和湿熄焦两类。采用干法熄焦时，焦炭灰成分及灰成分的催化指数不变、吸碱能力强、抗碱能力弱，吸硼能力弱、钝化效果差，钝化后的热性能不及湿法熄焦焦炭。湿熄焦技术是直接利用水浇洒在高温红焦上进行降温的一种方法，即用熄焦车把高温红焦运至熄焦塔，在熄焦塔上方装有几组喷淋水头，用来直接喷淋降温，所产生的大量蒸汽 由熄焦塔顶部冒出。传统的熄焦控制自动化程度低，控制时间不精准， 存在很大的不足，而plc技术的日益完善为熄焦控制 系统实现自动化提供了有力的保障。本实用新型涉及焦化行业的新法熄焦控制系统，该系统由系统控制柜，地面数据采集装置，车上数据采集装置，车内操作箱组成；系统控制柜是本系统的核心装置，由可编程控制器，触摸屏和不间断电源构成；地面数据采集装置与系统控制柜通过数据线连接，安装在熄焦塔旁的地面上，与车上数据采集站相互作用互传位置信号，接收熄焦指令信号给系统控制柜；车上数据采集装置安装在熄焦车外侧，与地面数据采集站相互传位置信号，接收车内操作箱的熄焦指令信号；车内操作箱安装在熄焦车驾驶室内，本实用新型熄焦控制系统具有采集和监视熄焦工艺的过程数据准确，可靠；大大提高了生产效率，减轻工人的劳动强度等。可编程控制器在工业控制应用中具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，在石油、化工、电子等行业应用广泛，尤其是更改工作方式的方便性 ，更是传统继电器所望尘莫及的。传统继电器在工作中往往会产生电火花，可编程控制器就不会有电火花产生，这对安全性较高的行业来说，可编程控制器要好很多，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。本文主要研究西门子系列plc在新法熄焦控制系统系统中的应用。1.1 常规湿法熄焦熄焦技术分为湿法和干法两种。干熄焦具有环保、回收热能的效果，曾被指望能广泛应用，但由于投资和运行费用高，短时内还难以推广，所以采用更好的新法熄焦熄焦技术已经成为许多老厂改造和新建焦化厂考虑的方案。同时随着新法熄焦技术的不断优化，其在环保等方面有着和干法同样或更好的性能。 常规湿法熄焦与干法熄焦相比存在着不能回收焦炭显热等缺点外，还存在着熄后焦炭水分不均匀及大量逸散物污染环境等缺点。但是，由于常规湿法熄焦具有工艺简单、投资少等优点而仍在我国乃至世界各国普遍使用。有些采用干法熄焦的工厂为了降低投资，将湿法熄焦作为大修或故障时的备用装置。因此，为了发挥湿法熄焦优势，克服其缺点，世界各国的焦化工作者在对其进行改进与提高方面做了很多有益的工作，创造出一些新型湿法熄焦工艺，并取得了较为显著的成果。1.1.1 湿法熄焦原理及有关问题我们知道，湿法熄焦（如图1.1所示）过程是水与赤热焦炭的换热过程，期间伴有大量的熄焦水蒸发。熄焦时间是我们确定湿法熄焦工艺必须考虑的最重要的工艺参数。熄焦时间的长短与水从每块焦炭的表面进入中心所需要的时间有关。因为焦炭是一种多孔体，其显气孔率高达41%56%，据测定，一块50mm出焦温度下的红焦完全浸没水中，其显气孔充满水仅需时32s。相关实验也表明，当熄焦水与红焦初次接触时，吸收红焦表面及次表面热量的熄焦水迅速变为蒸汽，在这之后的一段时间里，所产生的蒸汽将阻碍熄焦水的吸入，一块50mm的焦炭完全浸没于水中时，在30s内仅会吸入微量的水，接下来，蒸汽停止产生，这块50mm的焦炭将在12s后达到充满水状态。由此可见，焦炭在被冷却到熄焦目标温度后，由吸入微量的水状态再到充满水状态需经历一段时间（尽管这段时间很短，仅1s左右）这就给我们控制熄焦水分提供了可能1。影响熄焦时间的因素应包括焦炭的平均粒度、温度和熄焦水的温度，熄焦时间与焦炭块度成正相关关系。如果熄焦过程在水进入到焦块中心之前终止，红焦中心的热量将会蒸发渗入其水的部分或全部，大焦块保留的水分比小焦块要低。如果熄焦车内的焦炭温度提高，那么焦炭的显热就会增加，熄焦时产生的蒸汽会增多，水渗入的时间将延长，要达到同样的熄焦效果，就需要增加熄焦时间。因此，熄焦时间与焦炭温度也是正相关关系。用较热的水熄焦比用较冷的水熄焦，当达到同样的冷却效果时，将会产生更多的蒸汽，水渗入焦炭所需的时间也将延长，所以，熄焦时间与熄焦水温同样是正相关关系 图1.1 湿法熄焦塔示意图1.1.2 焦炭的水分指标熄焦后的焦炭是指冶金焦，其水分是焦炭的主要质量指标之一。该指标对于高炉操作影响很大。从高炉使用焦炭角度看，焦炭水分越低越好，水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。此外，焦炭水分提高会使 m04 偏高， m10 偏低，给转鼓指标带来误差。但是为了降低焦炭筛、贮、运过程中引起扬尘给除尘带来的难度，焦炭的水分也不能太低。两个相互制约的条件决定了焦炭水分在3%左右为好。焦炭水分指标还应该包含对水分波动的要求。为了稳定高炉操作制度，保证其稳产高产，水分波动越小越好。但是，任何湿法熄焦工艺都不可能做到焦炭水分无波动。现有的新型湿法熄焦工艺可将焦炭水分控制在2%4%之间，这对高炉操作来说也是比较理想的。1.1.3湿法熄焦存在的问题由于常规湿法熄焦系统采用小水流喷洒方式熄焦，所以熄焦喷嘴的供水速度与熄焦水被吸入焦炭中的速度相比太小，以至于喷洒到熄焦车内焦炭上的水大部分被车厢顶部的焦炭吸收，只有少量的水流到车厢下部。这就使常规湿法熄焦陷入如下的两难境地：要通过缩短熄焦时间获得低水分的焦炭，就会导致熄焦车下部焦炭熄焦不充分，未达到燃点以下，即出现红焦；要避免红焦，熄灭车厢下部焦炭就必须延长熄焦时间，这样上部焦炭就会获得过多的熄焦水造成水分过多，这也是高炉操作制度所不欢迎的。另外，熄焦车内的焦炭层厚度不均，上表面一般都是起伏不平的，因此，上述常规湿法熄焦的弱点就更加突出了，即焦炭的水分更加不均匀。综上所述，熄焦后焦炭水分过高且不均匀、不稳定是常规湿法熄焦工艺存在的最突出问题。常规湿法熄焦存在的另一个问题是伴随熄焦过程产生大量逸散物污染环境2。据资料介绍，湿法熄焦且没有任何除尘装置时，从熄焦塔排出的污染物组成如表1.1所示。 表1.1 湿法熄焦排出的污染物组成项目焦粉焦油物co硫氢化物so2酸及同系物氨氰化氢kg/t煤0.720.010.0070.030.070.0150.160.110.011.2 新法熄焦工艺发展概况新法熄焦工艺开发的一种新型的熄焦技术，它可以替代目前在工业上广泛使用的干法熄焦方式，该技术成功应用于20多个熄焦装置中，其中最大的炭化室高度达7.3m，每孔焦炭量26t。我国邯钢焦化厂在5、6号焦炉采用了这项技术，并于1999年7月投入使用；鞍钢化工总厂三炼焦车间4座4m焦炉均采用了这项技术。同传统的湿法熄焦相比，它具有许多优越性，现就其工艺特点简要介绍。1.2.1新法熄焦系统构成系统整体结构整个熄焦控制系统由上位机和下位机组成 。上位机采用西门子公司生产的触摸屏mp277 10”touch，其监控系统采用wincc flexible工控组态软件系统。该系统是西门子公司开发的基于windows系统的大型应用软件系统，它集控制技术、人机界面、数据库技术和网络技术于一身，包含动态显示、报警、趋势 和控制策略等功能，可为用户提供一个友好的操作界面3-5，使用户能根据实际的生产需要生成相应的应用软件。下位机采用西门子公司生产的可编程控制器s7-200 plc， 其cpu模块为cpu224cn，扩展模块包括em235(ai4ao1)、em23l、em232(aq2)和em231(ai4)。下位机内部采用step7一mierowin32软件来完成plc程序的编译和调试 。上位机触摸屏与下位机plc之间的通信连接采用西门子公司的mpi通信网络。用户只需在各自的软件上配置相应的mpi通信参数(如mpi地址和通信波特率等)，便可以建立通信连接。.1.2.2新法熄焦操作步骤 如图1.2，图1.3所示.新法熄焦控制系统，该系统由系统控制柜1，地面数据采集装置2，车上采集装置3，车内操作箱4组成。系统控制柜1是本系统的核心控制装置，可由编程控制器，触摸屏和不间断电源构成。其作用是采集和监视熄焦工艺的过程数据（如温度，压力，液位，阀位）和熄焦车对位情况，还要控制熄焦喷淋水的喷淋时间及水流强度，其可编程控制器采用德国的siemens控制器。在控制柜的门上由siemens的触摸屏，就地显示了熄焦工艺的过程数据，工程师也可以在其上面输入控制参数。所有的工艺参数和控制数据都能通过控制器的profibus接口或是工业以太网接口远传到工厂的中央控制系统中，控制柜内含不间断电源，（ups），可以在意外断电15分到20分钟的情况下使本控制仍然起作用。地面数据采集装置2安装在熄焦塔旁的地面上。作用：（1）与地面数据采集站相互作用互传位置信号。（2）接收车内操作箱的熄焦指令信号。车上数据采集装置3安装在熄焦车外侧。作用：监视熄焦车的对位情况和发送熄焦指令信号。本系统的工作过程使；当1000c的红焦从炭化室里推出并装入熄焦车后，司机确定可以熄焦后驾驶熄焦车向熄焦塔驶去。当车行驶到熄焦塔下面的特定地点时，安装在车外侧的车上数据采集装置3和装置在熄焦塔下的地面数据在数据采集装置2相互作用产生对位准确信号。司机通过安装在驾驶室的车内操作箱4上的对位准确指示灯确认车已对位准确，立即停车。如果车内操作箱4上的手、自动熄焦选择按钮选择到手动上，只要司机按其熄焦按钮，才能开始熄焦。如果按钮打到自动的位置上，车停止在准确的位置上3-5秒后本系统将自动判断为可以熄焦。手动与自动的熄焦效果室相同的熄焦过程开始；前10-20秒钟（可调）熄焦水出口压力为20-40kpa（可调）。后50-80秒（可调）熄焦水出口压力为40-80kpa（可调），熄焦过程结束，根据观察熄焦后的焦炭质量来调整熄焦水的出水时间和出水口的压力，从而室新法熄焦达到理想的效果6。图 1.2 熄焦的过程图 图 1.3 熄焦系统图1.2.3新法熄焦的优越性1采用熄焦新工艺，有利于用户得到水分较低且含水量相对稳定的焦炭。2可实现熄焦全过程自动化。减轻了现场熄焦操作人员的工作量。3系统具有多种控制模式。全制动 半自动 地面手动 控制柜手动 变频器手动模式 确保了在任何情况下熄焦都可以就行操作。4系统运行离可靠性 系统采取了多种检测技术 具备熄焦多重连锁控制 熄焦操作更加安全可靠。5系统运行维护方便。 依据系统运行维护手册 轻松可排除可能发生的现场问题。6系统安装简单 快捷 系统硬件采用结构化设计 独立安装程序程序化缩短了现场的施工和调试。7本系统区别于别的常规干熄焦 是一种新型的湿法熄焦技术 在工艺上属于低水分熄焦。8根据客户需要预留各种网络接口 可以直接跟上位机及二级网络通讯 plc 和 dcs 。1.2.4 新法熄焦的有关问题新法熄焦使焦炭处于“沸腾”状态，除了具有使焦炭均匀冷却的作用外，还有一个很重要的“副作用”就是整粒。有一种观点认为，由于经过新法熄焦的焦炭的块焦率降低及焦粉率增加会带来部分损失。其实不然，新法熄焦造成的焦炭碎裂，是焦炭潜在缺陷的提前释放，会使焦炭的块度更加均匀，强度高，透气性好。焦化厂面临的实际损失，是冶金厂的价格体系不合理所致，与新法熄焦无关。这里还要澄清一个问题，是关于新法熄焦可节水30%甚至更多，这是一种误导。我们知道，熄焦水消耗无外乎产生大量蒸汽逸散掉的一部分和被焦炭带走的一部分。前者是熄焦水和焦炭显热换热时蒸发掉的，焦炭显热不变，可以认为这部分水消耗基本不变，后者倒是与焦炭水分有关。但是，常规湿法熄焦一般耗水0.4t/吨焦，低水熄焦水分按平均下降2个百分点考虑，节约熄焦水不过5%。1.3 本章结语本章介绍了以plc控制器为核心新法熄焦控制系统的设计原理与实现过程。该系统软件设计采用模块化结构，便于系统的扩展与维护；同时，上位机wincc监控软件为用户提供了良好的人机界面，使得工艺流程操作简单易学。通过实际应用证明，所设计的控制系统操作安全快捷，水压控制精度高，很大程度上提高了熄焦工艺的质量与生产效率。本文提出的湿熄焦控制系统有待进一步的研究与实践，为其他湿熄焦控制系统提供一定的借鉴作用。2 plc的基本配置和指令2.1 plc的基本配置 一般讲，plc分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式plc，有一块cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，当然按cpu性能分成若干型号，并按i/o点数又有若干规格。对模块式plc，有cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的plc，都属于总线式开放型结构，其i/o能力可按用户需要进行扩展与组合。plc的基本结构框图如图2.1所示。 接口部件输出 输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件 2.1 plc基本框图2.1.1 cpu的构成 plc中的cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每台plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析cpu的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，io数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2.1.2 i/o模块plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分（io）完成的。io模块集成了plc的io电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。io分为开关量输入（di），开关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的io分类如下： 开关量：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma）、电压型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用io外，还有特殊io模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按io点数确定模块规格及数量，io模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。2.1.3 电源模块有些plc中的电源，是与cpu模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220vac或110vac，直流电源，加的为直流电压，常用的为24v。2.1.4 底板或机架 大多数模块式plc使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使cpu能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。2.1.5 plc 的外部设备1、编程设备：编程器是plc开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控plc及plc所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器plc一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如eprom、eeprom写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等7。2.2基本指令系统和编程方法 2.2.1 基本指令系统特点 plc的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，omron公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的plc，其编程语言都具有以下特点：图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。1.明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如：k400，t120等。plc中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。2.简化的程序结构：plc的程序结构通常很简单，典型的模块式结构，不同模块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。3.简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。4.强化调试手段：无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而plc的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用plc和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。 2.2.2 编程语言的形式最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。虽然一些高档的plc还具有与计算机兼容的c语言、basic语言、专用的高级语言（如西门子公司的graph5、三菱公司的melsap），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。1. 编程指令：指令是plc被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点plc与普通的计算机是完全相同的。同时plc也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的plc指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。2. 指令系统：一个plc所具有的指令的全体称为该plc的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着plc的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的plc，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清plc的指令系统。3. 程序：plc指令的有序集合，plc运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指plc的用户程序。用户程序一般由用户设计，plc的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。4. 梯形图：梯形图是通过连线把plc指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的plc指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（ld）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含ld指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。5. 梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。6. 梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（=）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如ld，a，o）对应于接点，互锁指令（il、ilc）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用plc程序代表继电逻辑是很容易的。这也是plc技术对传统继电控制技术的继承。3触摸屏的应用 3.1 软件的介绍wincc flexible，德国西门子（siemens）公司工业全集成自动化（tia）的子产品，是一款面向机器的自动化概念的hmi软件。wincc flexible 用于组态用户界面以操作和监视机器与设备，提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。wincc flexible 与 wincc十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。 在工艺过程日趋复杂、对机器和设备功能的要求不断增加的环境中，获得最大的透明性对操作员来说至关重要。 人机界面(hmi)提供了这种透明性。hmi 是人(操作员)与过程(机器/设备)之间的接口。 plc 是控制过程的实际单元。 因此，在操作员和 wincc flexible（位于 hmi 设备端）之间以及 wincc flexible 和 plc 之间均存在一个接口。 hmi 系统承担下列任务： 过程可视化 操作员对过程的控制 显示报警 归档过程值和报警 过程值和报警记录 过程和设备的参数管理 simatic hmi 提供了一个全集成的单源系统，用于各种形式的操作员监控任务。 使用simatic hmi，您可以始终控制过程并使机器和设备持续运行。 3.2新法熄焦系统触摸屏操作画面本系统可实现4处熄焦操作，在柜上开关打到自动位置，正常运行时为根据对位信号自动启动，也可通过地面的紧急熄焦按钮和屏上的画面熄焦按钮启动，当柜子上的开关打到手动位置时，只能按动柜子上的紧急熄焦按钮启动熄焦。系统上电后出现下面画面（如图3.1所示）： 图 3.1 触摸屏出示画面点击进入相应画面：1主画面（如图3.2所示）： 图 3.2 触摸屏主画面显示水位、压力、阀门开度以及进程的时间。上面显示的是清水罐水位和百分比，右侧区域显示高置水槽水位棒状图、水位米数和百分比。左侧中间显示熄焦水压力、电液阀门开度、熄焦状态和熄焦水泵、清水捕雾泵状态。最下侧显示当前熄焦的各个时间2.参数设定（如图3.3所示）： 图 3.3 参数设定画面用来对熄焦时间和水量的设定，水雾开泵时间为总捕雾时间，一般为100秒，水雾提前时间为熄焦车过对位信号后熄焦延时开始时间，同时也是捕雾的提前启动时间，根据实际运行情况调节。低压熄焦时间为阀门按低压阀开度设定工作时间，一般为10-25秒，阀开度为20-40%，也可根据实际要求调节；中压熄焦时间为阀门按中压阀开度设定工作时间，一般为15-30秒，阀开度为30-50%，也可根据实际要求调节；高压熄焦时间为阀门按高压阀开度设定工作时间，一般为40-100秒，阀开度为70-99%，也可根据实际要求调节；等待时间为熄焦结束后下一次熄焦等待的时间，也即是保证熄焦车再次通过对位信号不启动熄焦的时间。3.报警设定（如图3.4所示）： 图 3.4报警画面上部左侧设定熄焦泵根据高置水槽启动熄焦水泵启停限值，设定从上之下一般为80、40、30，右侧为熄焦水泵控制切换，自动时按设定值自动启停水泵，手动时通过画面上按钮启停水泵。下部左侧设定o型阀根据清水罐水位开关o型阀限值，设定从上之下一般为80、40、30，右侧为o型阀控制切换，自动时按设定值自动开关o型阀，手动时通过画面上按钮开关o型阀。4.手动熄焦（如图3.5所示）： 图 3.5手动熄焦画面点击画面手动熄焦按钮，熄焦过程启动，下面显示熄焦过程时间。3.3 触摸屏和plc熄焦控制系统的应用随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，而pie控制器强大的功能及复杂的数据处理也要求有一种功能与之匹配而操作简便的人机界面。触摸屏的出现无疑是2l世纪自动化领域的一个巨大革新。触摸屏和plc的组合使用已经成为主导形式。i e是一种结构简单、通用性好、功能较完备的新型控制元件，其主要优点是抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性和稳定性以及生产效率，特别适用于工业控制。触摸屏是一种连接人和机器的人机界面，它代替了原始的控制台和显示器，可用于数据显示和参数设置，并且可以用动态曲线的形式描述系统的控制过程；扩展了plc的功能，减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用。l系统的组成本系统采用siemens s7-200和触摸屏组成的系统控制现场的电动阀、电磁阀、电动机和液位控制器等执行机构。s7-200通过模拟量输入模块和液位、采集现液位信号，信号通过pie上的ad转换、数值变换传送到触摸屏上，触摸屏显示实时的液位曲线；且pid参数可以通过触摸屏进行设置，触摸屏给plc发送指令，以控制现场的执行机构。由于pie接口为rs485，触摸屏接口为rs-232，因此，需要增加一个rs485rs-232转换线。 2 plc和触摸屏的通信计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通信和并行通信2种方式旧s7-200系列plc的通信分3种工作方式：ppi通信方式、自由口通信方式和profibusdp通信方式h18-9，本系统采用的是自由口通信方式。以下是本系统触摸屏与plc的通讯连接地址如表3.1所示。 表 3.1 触摸屏通讯接口地址表vd 32贮水槽液位百分比q0.0水位上线连锁输出vd 40贮水槽液位v1000.0水量充足显示vd 60贮水槽水位下线设定q0.0绿灯输出vd 64贮水槽水位下下限设定i0.1紧急熄焦按钮-0vd56贮水槽水上线设定i0.0紧急熄焦按钮vw72中压熄焦时间设定-0vw204画面中压时间显示-0vd 104中压阀开度设定-0vd 12画面压力显示m 66.1液位选择v 202.0画面熄焦按钮q 0.2熄焦水泵打开v505.5画面投入 取消水位连锁v502.3熄焦开始信号1v506.2画面投入-取消o型阀vw82水雾滞后量设定v505.4画面停止水泵vw80水雾提前量设定v506.5画面停止0型阀vw80水雾捕集提前量显示v d0画面水位显示1q0.1水位下线连锁输出v d 8画面水位百分比显示v505.3画面启动熄焦泵qo.5电动球阀开v506.4画面关闭o型阀q0.7电动球阀关vw208画面高压时间显示vw68低压熄焦时间设定vd 20画面阀开度显示vd 100低压阀开度设定vw 200画面低压时间显示vw84等待用时设定v506.3画面打开o型阀vw 224等待用时q0.1红灯输出vw0除尘时间设定vd48高置水槽水位下线设定vw0除尘泵计数设定vd52高置水槽水位下下线设定q0.6捕雾运行vd 44高置水槽水位上线设定q0.7o型阀关闭vw76高压熄焦时间设定q0.5o型阀打开vd 108高压阀开度设定i0.11#对位vd 20阀开度显示vw 0对位时间设定3.4本章小结触摸屏和plc组合系统的研究既利用了plc强大的控制功能，又发挥了触摸屏友好的人机交互、灵活、可靠的优点，大大减少了操纵台上的开关数量，省去了复杂的电气接线，使操作人性化。操作人员可以直接通过触摸屏的按钮来控制系统的运行，简化了操作难度，且通过运行曲线可以更直观地掌握系统的运行状态。系统具有实时显示被控系统的参数值、显示曲线、控制、报警、记录及设置参数等功能，实现了plc的可视化功能。plc和触摸屏的组合使用是工控领域的发展趋势。4新法熄焦控制系统设计1系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图4.1所示。图4.1可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤 （ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 。a 被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b 控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （ 2 ）确定 i/o 设备 根据被控对象对 plc 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。（ 3 ）选择合适的 plc 类型 根据已确定的用户 i/o 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 plc 类型，包括机型的选择、容量的选择、 i/o 模块的选择、电源模块的选择等。 （ 4 ）分配 i/o 点 分配 plc 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 plc 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （ 5 ）设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （ 6 ）将程序输入 plc当使用简易编程器将程序输入 plc 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 plc 中去。 （ 7 ）进行软件测试 程序输入 plc 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 plc 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 （ 8 ）应用系统整体调试 在 plc 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。 （ 9 ）编制技术文件 系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 plc 梯形图10。4.2 新法熄焦控制系统原理新法熄焦工艺（如图4.2所示）。其供水方法是先用小流量水流熄灭熄焦车内的上部红焦，在红焦堆上面形成一个水蒸汽焦炭混合层，此混合层防止大流量喷水熄焦时焦炭溢出车外，然后用大水量及其产生的蒸汽熄焦。具体地说，熄焦水是通过一个特殊设计(美国uec专利)的供水管路，通过设定水压，保证熄焦水流量稳定，且控制与熄焦车上部焦炭接触的水量，保证上部焦炭仅吸收一小部分水，大量的水以稳定水柱形式快速通过焦炭层到达熄焦车中、下部；当熄焦水与红焦接触时，水变为蒸汽产生的急剧膨胀导致焦炭层上下窜动，达到利用蒸汽的汽化潜热熄焦的目的。影响焦炭含水量的因素主要有焦炭气孔率、焦炭粒度、熄焦过程中焦炭表面蒸汽、焦炭成熟温度、熄焦时间和熄焦水水质及水温等。在上述过程中，为保证熄焦工艺的顺利进行，还必须对高位水槽的液位进行实时控制，即保证工艺管网的正常供水。熄焦后的焦炭是指冶金焦，其水分是焦炭的主要质量指标之一。该指标对于高炉操作影响很大。从高炉使用焦炭角度看，焦炭水分越低越好。为了降低焦炭筛、贮、运过程中引起扬尘给除尘带来的难度，焦炭的水分就不能太低。两个相互制约的条件决定了焦炭水分在3%左右为好。焦炭水分指标还应该包含对水分波动的要求。为了稳定高炉操作制度，保证其稳产高产，水分波动越小越好。但是，任何湿法熄焦工艺都不可能做到焦炭水分无波动。现有的新型湿法熄焦工艺可将焦炭水分控制在2%4%之间。图4.2新法熄焦工艺流程示意图4.3熄焦控制系统控制要求及设计思路通过分析新法熄焦技术的工艺原理，我们可以知道整个控制过程主要包括两个方面：一是熄焦阀门的分时开度控制，二工频泵的启停控制。下面我们将对这两个过程的设计思路作一个详细的阐述。本文主要涉及新法熄焦控制系统的两个方面的控制要求：一是熄焦车到位后熄焦阀门的下水量控制，包括熄焦车到位后熄焦阀门的手动和自动控制、分时间段出水控制，即低水熄焦工艺在熄焦初期的1020s内使用低压水，熄焦阀门开度控制在10%；在熄焦后期的5080s内采用高压11水来代替传统湿熄焦的喷淋式分配水流，此时熄焦阀门开度控制在90%；熄焦时间到则熄焦阀门自动关闭，整个熄焦过程结束。该过程的流程图如图4.3所示。ny初始化熄焦车到位？开启熄焦阀，开度10%持续10s增大阀门开度到90%持续100s关闭熄焦阀门熄焦结束设备检查图4.3调节阀控制流程图二是熄焦系统高位水槽的液位控制，熄焦水源由高位水槽提供，高位水槽出来的熄焦水由一台小型的plc机控制调节阀门的开度自动控制其水压和流量；而高位水槽的液位主要由一台进水泵进行控制，具体控制要求为：当水槽液位低于85%时，启动进水泵，液位高于95%时，关闭进频泵；液位高于95%时，因此，这个过程的控制效果是保证高位水槽的液位控制在85%95%的区间内，以实现熄焦过程的顺利进行。4.4 plc选型和端口分配由于plc在工业领域的推广，当前市场上品牌众多，既包括一些进口著名品牌也有国产品牌，而且价格差异也很大，但他们在功能上大同小异，所以在选择plc时主要结合控制系统输入/输出（i/o）点的需求以及性价比等多方面因素来考虑。4.4.1 plc 型号的选择原则在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 plc 进行控制。 在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、 pid 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 plc 控制是很必要的。目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功