1 前言
在现代工业生产中企业在提高经济效益的同时，生产是否满足环境保护的要求也成为企业的重点工作之一。为适应企业发展、提高二次能源利用效率，某钢铁公司在新建的120吨转炉工程中了设计了煤气回收系统，并采用PLC对生产过程进行监控。
当前可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应最广泛的控制设备，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。
2 转炉煤气回收监控系统的运行环境
煤气回收生产过程由烟气净化、一次除尘风机及煤气储柜三部分构成。
根据生产工艺，转炉煤气回收生产的过程监控部分采用典型的两级监控方式。上位经标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（Human-Machine Interface）,为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由施耐德公司的PLC构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。本文介绍的过程监控系统共需要处理190个数字量输入点、56个数字量输出点、118个模拟量输入点和9个模拟量输出点，下面就该系统的控制要求作简要概述：
1、对在生产过程中存在大量的物理量，如压力、温度、流量、物位等模拟量参数及各传动装置运行状态的数字量信号，可以通过下位机对这些参数进行实时采集并在上位机上集中显示，并有报警、历史趋势及操作记录查询等功能。
2、煤气回收生产过程自动控制，即通过下位机采集反映各电气设备及状态的数字量信号和模拟量信号，利用编程软件编写程序实现整个煤气回收系统的生产自动化。
根据以上的控制要求，下面我们将详述为满足转炉煤气回收监控系统所需的硬件配置和软件编程。
3 系统配置
为了满足上面提到的控制要求，在本工程中我们采用了施耐德公司的可编程控制器，其采用模块化设计结构，在一块机架底板上可安装电源、CPU、以太网模块、远程I/O扩展模块、I/O模板等模块，并且可以通过远程I/O扩展模块实现多个机架的扩展工作方式。根据要求本系统配置如图1，选用的硬件具体如下所示：
1、研华IPC-610-H工业控制计算机（IPC），采用Pentium Ⅳ处理器，3.40GHz主频，1G内存，160G硬盘；
2、2块中央处理器CPU434模块、3块电源模块CPS 114 20、1块以太网模块NOE 771 11、 1块主站远程I/O扩展模块CRP 932 00、3块分站远程I/O扩展模块CRA 932 00、8块32点数字量输入模块DDI 353 00、5块32点数字量输出模块DDO 353 00、18块模拟量输入模块ACI 030 00和3块模拟量输出模块ACO 020 00。
图1 系统配置
本控制系统由两个主站和两个分站构成，根据生产工艺，储柜系统与风机相隔较远，因此储柜系统用一套PLC。操作站与控制站间采用以太网通讯，本PLC控制系统与转炉其它PLC控制系统通过光纤进行通讯。
4 软件组态
在本系统中，上位机用iFIX4.0 组态软件，下位机用Concept编程实现。下面详细介绍这两部分的软件组态。
4.1 PLC编程
Concept软件一般有六种编程方式：即SFC、LD、FBD、ST、IL、984LL，本文中采用的是梯形图编程方式。程序实现功能有：
1、切断阀与调节阀实现自动控制：切断阀自动控制时与风机工作状态联锁，阀门根据风机高、低速自动进行开关动作。如180度弯头冲洗水控制阀在风机低速运行时，自动打开，延时5分钟后自动关闭。调节阀与被调参数联锁自动进行PID调节输出控制阀门开度。如二文喉口调节阀自动控制为：在吹炼时，微差压调节系统投入运行，根据微差压设定值，自动调节阀门开度，使转炉罩口微差压维持在设定值。不吹炼时阀门开度自动输出最大值。
2、风机速度与本体吹炼自动联锁：吹炼时风机速度自动升至高速，停吹时风机速度自动降为低速。风机联锁停机：风机运行时根据各联锁条件值自动停止运行，确保设备及工作人员安全。
3、风机房排水泵及排风机实现自动启停控制：当液位高时水泵自动启动、液位低时自动停止运行；当风机房内一氧化碳浓度高时排风机自动启动，当一氧化碳浓度正常时，排风机自动停止运行。
4、煤气自动回收：当吹炼时产生的煤气满足回收条件时，回收系统的阀门自动开到回收状态把煤气储存在储柜中，当条件不满足时阀门自动动作到放散状态，煤气在烟囱处点火放散。
4.2人机界面（HMI）组态
工控组态软件iFIX是Intellution Dynamics自动化软件产品家族中HMI/SCADA最重要的组件，它以iCORE核心，包括数据采集和数据管理两个基本功能，是基于WindowsNT/2000平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。它运用了Microsoft系列工业标准，支持ODBC、VBA、Active控件、ADO、Intetnet和OPC,因此具有不可比拟的开放性及兼容性。用iFIX软件设计的标准人机界面，主要包括以下几个方面的内容：
1、工艺流程图：在此画面中通过编程实现动态模拟显示整个生产过程，并实时显示了各模拟量的数值，以便于操作者能及时准确的掌握生产状况。能够对现场设备进行正确的操作以及对其故障进行正确快速的判断。
2、生产数据总览画面：生产数据总览画面分为仪表数据总览与电气数据总览，两画面无操作，可以快速察看所有的生产过程值及各设备的工作状态。
3、报警记录：对重要的生产数据设置了报警值，当处于监控下的任何一个变量超出预先设定的安全值时，数据显示将变为红色并闪烁，同时该报警数据自动存储以备事后分析。
4、实时、历史趋势图：在此画面中出除了可以实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。实时趋势图与历史趋势图便于观察测量参数走向，分析生产工艺状态，并且便于查找故障。
图2 趋势图画面
5、操作记录查询：在操作记录中可对操作动作、设备反馈运行状态、参数报警时间及驱动状态进行按时间分类查找。对生产全过程的状态有了一个全程记录。
图3 数据记录查询画面
6、权限设置：对重要参数的改变设置密码，当有操作权限时才能修改。确保操作安全。
5 结论
本文讨论了基于PLC的转炉煤气回收监控系统的设计与实现。本控制系统已在生产线上得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。在该系统中PLC控制充分发挥了其配置灵活、控制通讯可靠、编程方便和可现场调试的优点，保证了生产的稳定性和安全性。这种方法对其它生产线或设备的控制有一定的参考作用。
(审核编辑: 沧海一土)
