全自動熄焦車西門子S7-400plc控制系統(tǒng)設計

　　中國是一個大焦炭生產(chǎn)國。大多數(shù)焦化企業(yè)都比較陳舊。同時，焦化行業(yè)廣泛的生產(chǎn)控制模式跟不上現(xiàn)代生產(chǎn)的自動化過程。準確可靠的西門子S7-400PLC自動控制技術是我國焦化行業(yè)技術發(fā)展的必然。這一趨勢也是中國焦化行業(yè)面臨的技術難題。本文設計了一種全自動淬火汽車控制系統(tǒng)。

　　1.淬火車自動生產(chǎn)操作流程

　　淬火車的主要工作是將焦炭從焦爐輸送到澆水塔，并通過噴射高壓氨水將焦炭從1100℃的高溫減少到接近200℃，然后進行冷卻的焦炭到干燥架和卸載，冷卻焦點。淬火車主要有四個主要作用：焦炭，淬火，卸載和運行。根據(jù)其時序關系，確定了全自動淬火車的工作流程圖。

　　2.控制系統(tǒng)的整體結構

　　整個控制系統(tǒng)分為兩部分：車輛部分和地面部分。車輛部分是整個系統(tǒng)的信號采集中心，數(shù)據(jù)中心和控制中心。車輛部件的嵌入式控制器是整個系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心工程和控制中心。上述機車操作記錄和智能操作的功能都在嵌入式工業(yè)計算機中進行。地面部分的主要功能分為三個部分。

　　(1)生產(chǎn)計劃錄入和機車狀態(tài)顯示;

　　(2)外圍系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，中央控制室西門子plc通過光纖通訊連接水塔系統(tǒng)，I/O點電氣連接，收集干燥站信息;

　　(3)視頻監(jiān)控設備運行，淬火車的自動運行由機車的運行視頻監(jiān)控。

　　2.1地面部分控制系統(tǒng)的設計

　　地面控制系統(tǒng)的主要功能由中央控制室實現(xiàn)，如計劃進入和機車狀態(tài)顯示。

　　(1)位置檢測系統(tǒng)

　　位置檢測系統(tǒng)包括地址發(fā)生器，編碼電纜，地址接收盒，地址檢測器和西門子plc模塊。位置檢測系統(tǒng)基于感應無線技術。地址接收盒位于編碼電纜的特定位置，并獲得特殊的模擬信號組合。地址檢測器將信號分解為數(shù)字信號，并將其發(fā)送到西門子plc模塊以用于其他子系統(tǒng)。提供數(shù)據(jù)。

　　(2)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括兩種模式：工業(yè)通信(RS-485)和以太網(wǎng)模式(TCP/IP)通信。兩種通信模式同時傳輸關鍵動作并冗余地限制信號，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　工業(yè)無線以太網(wǎng)模式(TCP/IP)通信的優(yōu)點是通信效率高，可以實現(xiàn)10M/S以上的通信效率。通常以這種方式傳輸視頻圖像信號和數(shù)字信號。

　　(3)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由焦爐監(jiān)控攝像頭，汽車監(jiān)控攝像頭，車載視頻，遠程監(jiān)控視頻，視頻處理器和無線通信網(wǎng)絡組成。

　　焦爐相機安裝在煉焦爐上，負責監(jiān)控整個淬火車道的運行狀態(tài)。車輛監(jiān)控攝像頭監(jiān)控車輛周圍的細節(jié)。視頻處理器負責圖像信號的轉換，監(jiān)控視頻采用實現(xiàn)顯示，為人工操作提供支持。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖4所示

　　(4)遙控系統(tǒng)

　　遙控系統(tǒng)主要通過主機將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制PLC，然后通過通信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕dPLC。板載PLC控制逆變器和電動閥的動作。實現(xiàn)機車的遠程操作，完成生產(chǎn)任務。

　　2.2車輛控制系統(tǒng)的設計

　　車輛控制系統(tǒng)的主要設備是嵌入式工業(yè)計算機和西門子S7-400PLC控制系統(tǒng)組。子系統(tǒng)包括：自動行走控制系統(tǒng)，自動對焦控制系統(tǒng)，自動淬火控制系統(tǒng)，自動卸載控制系統(tǒng)，故障檢測和報警系統(tǒng)[2]。

　　(1)嵌入式工業(yè)計算機

　　嵌入式工業(yè)計算機是整個系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心和plc控制系統(tǒng)。嵌入式工業(yè)計算機主要記錄和分析機車運行過程中的所有歷史數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)計分析，指導機車實現(xiàn)運行自動化。嵌入式工業(yè)計算機獲得推焦計劃后，可以根據(jù)推焦計劃和工藝要求進行控制。機車完成各種操作。

　　本文率先將無線傳感技術，自動定位技術，遠程視頻監(jiān)控技術和工業(yè)以太網(wǎng)應用于淬火車的全自動控制系統(tǒng)，解決了惡劣焦化環(huán)境下車輛自動控制的瓶頸問題。

　　(2)冗余西門子S7-400PLC組

　　S7-400H設計為冗余，可在發(fā)生任何事件后使用。 S7-400 HPLC組的所有主要組件均為雙組分。根據(jù)該方案，雙設備被設計為：中央處理單元CPU電源模板PS40710A和連接兩個中央處理單元和通信模塊CP443-1的硬件CPU417-4H。

　　CPU出現(xiàn)故障后，備用CPU將與主CPU自動建立，備份CPU發(fā)出鏈接請求，主站在禁止刪除，復制和塊生成功能后將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到備份CPU。主站運行用戶程序，并在禁用所有報警和中斷后將上次更新后更改的動態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈接備份CPU。

　　(3)自動步行控制系統(tǒng)

　　自動運行控制系統(tǒng)主要通過車載控制PLC控制變頻器，變頻器控制電機轉速，調(diào)節(jié)運行速度。

　　根據(jù)車輛的工作流程，計算淬火車自動行駛的目標位置。當前位置由位置檢測系統(tǒng)檢測。計算兩者之間的位置差異。 西門子plc程序用于控制變頻器的工作頻率，實現(xiàn)淬火車的自動行走。在運行過程中，位置檢測系統(tǒng)此時更新當前位置值，PID反饋調(diào)整連續(xù)校正運行頻率，實現(xiàn)精確對準功能。

　　　(4)自動對焦控制系統(tǒng)

　　(5)自動淬火控制系統(tǒng)

　　自動淬火控制系統(tǒng)主要由車載西門子plc，地面控制PLC，水塔控制PLC，位置檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成。

　　由于汽車是1100°C的高溫焦炭，控制信號從排放到水閥完全打開，氨水從儲水罐噴到噴嘴，延遲5-10秒。因此，位置檢測系統(tǒng)檢測到全自動淬火車位于距淬火塔10m的位置，并通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向水泵發(fā)出信號，以確保水塔中的淬火車已經(jīng)開始當淬火車進入澆水塔時噴水。設定的澆水程序完成，然后自動進入下一個工作狀態(tài)。

　　(6)自動卸料控制系統(tǒng)

　　自動卸料控制系統(tǒng)主要由車載PLC，地面控制PLC，干燥焦站控制PLC，位置檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)[3]完成。

　　在卸載區(qū)域中，通常存在三個位置散焦階段，并且根據(jù)干燥焦炭中的剩余焦炭確定除霧次數(shù)。由于卸載臺比汽車長，并且需要將焦炭均勻地放置在卸載臺上，因此在卸載過程中需要以適當?shù)牡退傩凶?。根?jù)爐子失焦的計劃時間，決定是進入休息狀態(tài)還是直接進入下一輪焦點狀態(tài)。自動卸載控制系統(tǒng)的結構

　　(7)故障檢測和報警系統(tǒng)

　　故障檢測系統(tǒng)主要監(jiān)控所有系統(tǒng)的運行，并通過主機發(fā)出警報。

　　位置檢測系統(tǒng)：檢測到的位置數(shù)據(jù)不連續(xù)，或者位置檢測系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)。及時報警，停止自動操作并跳轉到手動操作。

　　自動行走系統(tǒng)：當車輛處于自動行駛過程中時，使用位置檢測系統(tǒng)檢查行走方向是否正確，行走方向是否正確，是否異常，將自動退出。

　　自動對焦控制系統(tǒng)：檢測設備鏟斗的關門信號。如果長時間無法關閉，或信號故障關閉，則自動按下對焦并提示報警。

　　自動澆水熄火控制系統(tǒng)：當發(fā)出啟動信號時，如果西門子S7-400PLC系統(tǒng)長時間沒有反饋信號，則判斷自動澆水熄火系統(tǒng)有故障，需要人為干預。

　　自動卸料控制系統(tǒng)：當淬火車到達卸料臺區(qū)域時，如果長時間沒有反饋卸料站運行信號到plc控制系統(tǒng)，則判斷自動卸料控制系統(tǒng)有故障，需要人為干預。

　　3.總結

　　淬火車的西門子S7-400PLC自動控制系統(tǒng)設計基于當前的工業(yè)自動化技術，基于自動化行業(yè)的幾點要點“檢測感知+高效通信+數(shù)字網(wǎng)絡+智能控制+協(xié)同輸出+有效反饋”，以及“統(tǒng)一管理” +分散控制“淬火汽車設備自動運行的原則是最終目標。