PLC控制的焦化备煤系统设计

1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 焦化生产工艺简述
焦化生产是联合炼钢企业的一个重要组成部分，前提是必须有一个完善的备煤系统，将各单种煤进行配合，配合后的煤料输送到煤塔作为炼焦的原料[1]。

出焦后需要筛焦系统将焦炭块筛分成不同用途规格的产品。

如图1-1所示焦化生产的概略图。

图1.1 焦化生产过程该略图
由图1-1可知，备煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、贮存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，包括输煤系统和配煤系统。

备煤系统由以下设备组成：火车卸车场、煤场、临时煤槽、配煤室、粉碎机室、煤塔以及皮带运输系统。

1.1.2 研究目的及意义
备煤、出焦过程属于典型的连续型流程生产自动控制系统，生产条件和生产环境十分恶劣，其主要特点为：
(1)工艺流程复杂，设备繁多分散。

且由于各个设备之间需要联锁，料线之间需要互锁，属于交叉复杂过程控制。

而且采用继电器控制组成的控制系统虽能实现自动控制，但是维护困难，不适应粉尘大，湿度大的工作环境，所以寻求一种自动化程度高，工作可靠，能适应较差工作环境的自动控制系统势在必行。

(2)自动化控制水平遵循经济、实用、有效性、性价比高的原则。

同时要有利于生产质量控制和生产安全，不片面追求高、精、尖配置。

(3)控制过程中，对控制指令的反应要求比较灵敏，且需要采集的现场信号较多，例如温度、压力、流量、电流、料量等。

针对上述问题，一般采用集散控制的思想进行解决。

近年来，集散控制（DCS）的思想越来越广泛地被应用于新建、扩建和技改项目中，然而传统的集散控制系统一般来讲其控制规模比较大，成本费用比较高，限制了在中小规模的自控系统项目中的推广应用，已经不能满足目前的自动化过程控制系统的设计标准和设计要求。

因此，如何建立完善的生产监控管理系统，实现生产过程的参数全局化、网络化，使控制系统满足生产目标的要求，进而使整个生产经营运行于最佳状态，
是本课题的研究重点，具有比较大的经济和社会意义。

1.2 现状研究与研究方法
炼焦工业是我国国民经济的重点行业，它跨越冶金、化工、城建、煤炭等部门。

随着钢铁生产的发展，城市煤气化的普及以及煤矿坑口焦炉的兴起，焦炉兴建的数目还在增加。

但是我国焦化生产的自动化装备水平与国际相比差距甚大。

采用电子技术，特别是计算机技术取代传统的人工操作，实现作业制度的在线管理，是当前炼焦生产过程急待解决的课题[2]。

但是我国备煤系统工艺落后，设备陈旧,能源消耗大,自动化装备水平与国际相比差距甚大。

上述一系列问题严重制约了高炉的生产水平，因此建成一系列工程运行良好，效益明显，技术和管理等各方面趋于成熟的焦化工程一直是我国工业发展的重中之重。

大型焦化厂生产过程的计算机控制一直是钢铁联合企业的薄弱环节，虽然国内外学者在这方面进行了不少研究工作，并取得了一定成绩，但是因为焦化生产过程中的介质复杂，测量难度大，工艺流程复杂，各工序既独立又相互关联和影响。

另外由于焦化生产过程的有毒污染物多，操作环境恶劣，所以具有一定的难度。

为改善焦化生产过程的落后面貌，降低能耗，提高产品生产质量和减轻操作人员的劳动强度，计算机监控系统已经逐渐地进入焦化生产第一线。

以前，备煤系统多采用继电—接触器控制方式，电气控制设备因大量使用机电式触点电器，从而存在接线多、接头多、触点转换频繁和故障可能性大、可靠性低、维修量增大、维护困难、不适应粉尘大、湿度大的工作环境等一系列问题。

所以寻求一种自动化程度高，工作可靠，能适应较差工作环境的自动控制系统势在必行。

因此，采用电子技术，特别是计算机技术取代传统的人工操作，实现作业制度的在线管理，是当前焦化备煤过程中急待解决的课题。

另一方面，随着工业的发展，焦炭的需求也越来越大，同时对备煤系统也提出了更高的要求。

新技术的不断推广和应用，使得以提高质量为前提的降低生产成本，提高生产效率成为人们不断追求的目标。

基于上述目标，本课题主要是采用了工业控制计算机(IPC)+可编程控制器(PLC)模式的两级分布式控制系统，建立一套完善的备煤过程控制系统以实现生
产过程自动化，按工艺流程实现交叉复杂顺序控制及逻辑控制，解决各个子系统之间的衔接、系统内部的设备联锁和料线互锁问题，以提高生产效率。

1.3 论文主要内容
本文设计并开发了一套基于IPC+PLC模式的过程控制系统，上位机采用工业控制计算机作为系统的监控级，下位机选用PLC控制现场设备，而本文主要介绍下位机的选型和实现。

文章首先简要阐述焦化生产工艺及备煤系统介绍，从而提出研究对象现阶段所存在的问题，分析研究现状，提出总体的研究方法和设计方案。

第二章在分析备煤系统工艺流程的基础上，进行了总体方案设计，给出了系统的结构框图、网络图和硬件配置清单。

第三章是控制软件设计与实现，介绍了控制软件的设计方法与实现方法。

第四章分别从硬件和软件两方面来阐述备煤控制系统的抗干扰措施。

第五章是结论与展望，对整个系统的的设计与实施进行总结。

2 控制系统总体设计
2.1 备煤工艺流程描述
备煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、储存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，它包括输煤系统和配煤系统。

具体工艺流程是：原煤由火车运入厂区卸车场，卸车场采用门市螺旋卸车机将煤卸入两侧的导料槽，由皮带机送至煤场分类堆放起来；按生产需要，煤再由煤场经过堆取料机和皮带机送至配煤室，各种不同种类的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮带机送至粉碎机室，粉碎后的粉煤由皮带机送至煤塔作为焦炉生产用煤[2]。

工艺流程如图2.1所示。

图2.1 备煤过程工艺流程图
本次设计主要是针对煤由卸车场-煤场和煤场-配煤室这两条料线过程进行研究。

详细流程图如图2.2所示：。