可編程邏輯控制器（PLC）是八十年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術相結合的產物，是一種專門用于工業(yè)生產過程控制的現場設備。

    由于控制對象的復雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設計上有自己明顯的特點：可靠性高，適應性廣，具有通信功能，編程方便，結構模塊化。

    在現代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領域中應用前景極其廣泛。在筆者參與開發(fā)的某電廠輸煤自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在遠離輸煤廊的主廠房控制室里，對兩條輸煤線的18臺設備進行控制，并實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。

    鑒于電廠輸煤系統(tǒng)的重要性，我們采用PLC實現輸煤設備的聯鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能。本文將主要介紹PLC的控制應用。

    1輸煤系統(tǒng)控制要求
    輸煤系統(tǒng)有兩條輸煤線，包括給煤機、皮帶機、振動篩、破碎機等共18臺設備，在電廠中有著極為重要的地位，一旦不能正常工作，發(fā)電就會受到影響。為了保證生產運行的可靠性，輸煤系統(tǒng)采用自動（聯鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關進行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣，全部操作控制都在主廠房的主控制室里進行，儀表盤上設有各個設備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號的控制開關。輸煤設備控制功能由PLC實現，設備狀態(tài)監(jiān)測和皮帶跑偏監(jiān)測以及事故紀錄功能則由上級工業(yè)控制計算機完成。

    為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應滿足以下要求：
    ? 供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行聯鎖控制；
    ?各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。啟動延時統(tǒng)一設定為12s。停車延時按設備的不同要求而設定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車時破碎機為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶上無剩余煤；
    ?運行過程中，某一臺設備發(fā)生故障時，應立即發(fā)出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；
    ?各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關，跑偏15度時發(fā)出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
    ?可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式；
    ?可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式；
    ?可顯示各機電設備運行狀況，并對輸煤過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄。

    2 PLC控制系統(tǒng)設計

    2.1 PLC選型

    根據輸煤系統(tǒng)的自控要求，我們選用了德國SIEMENS 公司最新推出的S7-200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點。基本CPU單元選用的是CPU214，性能如下：2048程序存儲器；2048數據存儲器；14點輸入，10點輸出；可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數器；可利用PPI協議或自由口進行通信；3級密碼保護。擴展模塊選用EM221,8個輸入點；EM223,16個輸入點，16個輸出點。

    2.2 系統(tǒng)關系 系統(tǒng)關系如圖1所示。

    圖1 系統(tǒng)關系

    在輸煤自控系統(tǒng)中，工業(yè)控制計算機作為上位機和輸煤控制PLC進行通信，對皮帶跑偏信號和設備的運行狀態(tài)進行實時采樣，并在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫面，可以直觀地察看設備的狀態(tài)。當皮帶跑偏（跑偏15度）時，在屏幕上顯示報警畫面；當設備發(fā)生故障或皮帶嚴重跑偏（跑偏30度）時，在屏幕上顯示報警畫面并向PLC發(fā)送事故停車信號。

    輸煤控制PLC則根據控制開關的輸入信號，執(zhí)行對應程序塊，控制電機實現對應的功能：向上級工業(yè)控制計算機發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級工業(yè)控制計算機發(fā)送的事故停車信號，實現事故停車處理功能并啟動報警設備。二者配合共同實現輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。

    上級工業(yè)控制計算機同時實現對電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控，由工業(yè)控制計算機、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現場設備（PLC、監(jiān)控儀表）共同構成分布式系統(tǒng)（DCS）。

    2.3 運行模式

    根據輸煤過程的要求，本系統(tǒng)設計了兩種運行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據需要單獨選用或同時運行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關設備組成的，僅在特殊情況下選用。

    2.3.1并行模式

    并行一線：
    聯鎖開車順序：10＃皮帶機→8＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機→4＃給煤機。
    聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。2＃、3＃給煤機某中一臺備用。

    并行二線
    聯鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→5＃皮帶機→1＃破碎機→1＃振動篩→3＃皮帶機→1＃皮帶機→1＃給煤機。
    聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。

    2.3.2 交叉模式

    交叉線
    聯鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機。
    聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。2＃、3＃給煤機其中一臺備用。

    2.4 PLC程序設計
    針對輸煤系統(tǒng)的控制要求以及具體控制方案的實現，設計程序流程如圖2所示。

    圖2 主程序流程

    2.4.1 程序說明

    ?子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時根據各個開關的位置設立標志位。僅在第一個掃描周期執(zhí)行。
    ?子模塊1：并行一線聯鎖啟停控制程序。根據啟動標志位1實現并行一線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
    ?子模塊2：并行二級聯鎖啟?？刂瞥绦?。根據啟動標志位2和實現并行二線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
    ?子模塊3：交叉線聯鎖啟停控制程序，根據啟動標志位3實現交叉線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
    ?PLC的輸出信號控制電機的接觸器，啟動送高電平，停止送低電平。但是，1＃破碎機功率達90kW，2＃破碎機功率達110KW，需要降壓啟動，所以啟動時PLC送一個正脈沖，停車時PLC送一個負脈沖。

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    2.4.2 程序特點

    ?特殊標志位的使用：使用特殊標志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第一個掃描周期執(zhí)行，而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。這樣，個別標志位在PLC加電后不受開關變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對應標志位僅在關掉主控開關后才能改變。

    ?內部標志位的使用：在程序中，利用標志位來表示不同的現場情況和程序狀態(tài)，增加了程序的可靠性和靈活性。
    ?程序模塊化：程序由不同子模塊構成，各子模塊獨立完成各自功能，互不干擾，因而程序結構清晰，便于修改。
    ?定時器的使用：程序中，利用不同的定時器來設定不同設備的延時時間，可以靈活地根據控制要求進行延時時間的設定。

    2.5 部分程序梯形圖

    圖3 部分聯鎖起?？刂铺菪螆D

    圖3所示為部分聯鎖啟停控制梯形圖，T37用于控制設備的啟動延時，T40～T46用于控制相應設備的停車延時，接收到停車信號時，經過相應的延時，對應定時器置位從而實現聯鎖停車。Q0.3是1#破碎機的啟動控制輸出通道，啟動1＃破碎機時送出一個寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2＃給煤機、3＃給煤機的控制輸出通道，M0.1、M0.2 是內部標志位，用于保證2＃、3＃給煤機始終為一臺工作，一臺備用。

    總之，本系統(tǒng)中，PLC作為現場控制設備，能夠可靠、準確地完成控制操作，并且可以通過與上級工控機通信，組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測、控制要求，是現代工業(yè)控制中比較先進的控制方案，應用前景廣泛。

    目前，本系統(tǒng)已經在內蒙古伊化集團蘇尼特堿礦電廠投入運行，能夠可靠、準確地完成控制操作，實時監(jiān)測和記錄輸煤過程運行狀況，并且能對現場出現的各種突發(fā)事件及時做出響應，取得了良好的效果。