中國(guó)是一個(gè)大焦炭生產(chǎn)國(guó)。大多數(shù)焦化企業(yè)都比較陳舊。同時(shí)，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(dòng)化過(guò)程。準(zhǔn)確可靠的西門(mén)子S7-400PLC自動(dòng)控制技術(shù)是我國(guó)焦化行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然。這一趨勢(shì)也是中國(guó)焦化行業(yè)面臨的技術(shù)難題。本文設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)淬火汽車(chē)控制系統(tǒng)。

　　1.淬火車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)操作流程

　　淬火車(chē)的主要工作是將焦炭從焦?fàn)t輸送到澆水塔，并通過(guò)噴射高壓氨水將焦炭從1100℃的高溫減少到接近200℃，然后進(jìn)行冷卻的焦炭到干燥架和卸載，冷卻焦點(diǎn)。淬火車(chē)主要有四個(gè)主要作用：焦炭，淬火，卸載和運(yùn)行。根據(jù)其時(shí)序關(guān)系，確定了全自動(dòng)淬火車(chē)的工作流程圖。

　　2.控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)控制系統(tǒng)分為兩部分：車(chē)輛部分和地面部分。車(chē)輛部分是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)采集中心，數(shù)據(jù)中心和控制中心。車(chē)輛部件的嵌入式控制器是整個(gè)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(jī)車(chē)操作記錄和智能操作的功能都在嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行。地面部分的主要功能分為三個(gè)部分。

　　(1)生產(chǎn)計(jì)劃錄入和機(jī)車(chē)狀態(tài)顯示;

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

　　(3)視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，淬火車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行由機(jī)車(chē)的運(yùn)行視頻監(jiān)控。

　　2.1地面部分控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　地面控制系統(tǒng)的主要功能由中央控制室實(shí)現(xiàn)，如計(jì)劃進(jìn)入和機(jī)車(chē)狀態(tài)顯示。

　　(1)位置檢測(cè)系統(tǒng)

　　位置檢測(cè)系統(tǒng)包括地址發(fā)生器，編碼電纜，地址接收盒，地址檢測(cè)器和西門(mén)子plc模塊。位置檢測(cè)系統(tǒng)基于感應(yīng)無(wú)線技術(shù)。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(hào)組合。地址檢測(cè)器將信號(hào)分解為數(shù)字信號(hào)，并將其發(fā)送到西門(mén)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(shí)傳輸關(guān)鍵動(dòng)作并冗余地限制信號(hào)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　工業(yè)無(wú)線以太網(wǎng)模式(TCP/IP)通信的優(yōu)點(diǎn)是通信效率高，可以實(shí)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(hào)和數(shù)字信號(hào)。

　　(3)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由焦?fàn)t監(jiān)控?cái)z像頭，汽車(chē)監(jiān)控?cái)z像頭，車(chē)載視頻，遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻，視頻處理器和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)組成。

　　焦?fàn)t相機(jī)安裝在煉焦?fàn)t上，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)淬火車(chē)道的運(yùn)行狀態(tài)。車(chē)輛監(jiān)控?cái)z像頭監(jiān)控車(chē)輛周?chē)募?xì)節(jié)。視頻處理器負(fù)責(zé)圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)換，監(jiān)控視頻采用實(shí)現(xiàn)顯示，為人工操作提供支持。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示

　　(4)遙控系統(tǒng)

　　遙控系統(tǒng)主要通過(guò)主機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制PLC，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC。板載PLC控制逆變器和電動(dòng)閥的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)的遠(yuǎn)程操作，完成生產(chǎn)任務(wù)。

　　2.2車(chē)輛控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　車(chē)輛控制系統(tǒng)的主要設(shè)備是嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)和西門(mén)子S7-400PLC控制系統(tǒng)組。子系統(tǒng)包括：自動(dòng)行走控制系統(tǒng)，自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)，自動(dòng)淬火控制系統(tǒng)，自動(dòng)卸載控制系統(tǒng)，故障檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)[2]。

　　(1)嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)

　　嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)是整個(gè)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(jì)算機(jī)主要記錄和分析機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的所有歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指導(dǎo)機(jī)車(chē)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行自動(dòng)化。嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)獲得推焦計(jì)劃后，可以根據(jù)推焦計(jì)劃和工藝要求進(jìn)行控制。機(jī)車(chē)完成各種操作。

　　本文率先將無(wú)線傳感技術(shù)，自動(dòng)定位技術(shù)，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于淬火車(chē)的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了惡劣焦化環(huán)境下車(chē)輛自動(dòng)控制的瓶頸問(wèn)題。

　　(2)冗余西門(mén)子S7-400PLC組

　　S7-400H設(shè)計(jì)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(shè)備被設(shè)計(jì)為：中央處理單元CPU電源模板PS40710A和連接兩個(gè)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(dòng)建立，備份CPU發(fā)出鏈接請(qǐng)求，主站在禁止刪除，復(fù)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(yùn)行用戶程序，并在禁用所有報(bào)警和中斷后將上次更新后更改的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈接備份CPU。

　　(3)自動(dòng)步行控制系統(tǒng)

　　自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)主要通過(guò)車(chē)載控制PLC控制變頻器，變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。

　　根據(jù)車(chē)輛的工作流程，計(jì)算淬火車(chē)自動(dòng)行駛的目標(biāo)位置。當(dāng)前位置由位置檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)。計(jì)算兩者之間的位置差異。 西門(mén)子plc程序用于控制變頻器的工作頻率，實(shí)現(xiàn)淬火車(chē)的自動(dòng)行走。在運(yùn)行過(guò)程中，位置檢測(cè)系統(tǒng)此時(shí)更新當(dāng)前位置值，PID反饋調(diào)整連續(xù)校正運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)功能。

　　　(4)自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)

　　(5)自動(dòng)淬火控制系統(tǒng)

　　自動(dòng)淬火控制系統(tǒng)主要由車(chē)載西門(mén)子plc，地面控制PLC，水塔控制PLC，位置檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)完成。

　　由于汽車(chē)是1100°C的高溫焦炭，控制信號(hào)從排放到水閥完全打開(kāi)，氨水從儲(chǔ)水罐噴到噴嘴，延遲5-10秒。因此，位置檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到全自動(dòng)淬火車(chē)位于距淬火塔10m的位置，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)向水泵發(fā)出信號(hào)，以確保水塔中的淬火車(chē)已經(jīng)開(kāi)始當(dāng)淬火車(chē)進(jìn)入澆水塔時(shí)噴水。設(shè)定的澆水程序完成，然后自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài)。

　　(6)自動(dòng)卸料控制系統(tǒng)

　　自動(dòng)卸料控制系統(tǒng)主要由車(chē)載PLC，地面控制PLC，干燥焦站控制PLC，位置檢測(cè)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(gè)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(tái)比汽車(chē)長(zhǎng)，并且需要將焦炭均勻地放置在卸載臺(tái)上，因此在卸載過(guò)程中需要以適當(dāng)?shù)牡退傩凶?。根?jù)爐子失焦的計(jì)劃時(shí)間，決定是進(jìn)入休息狀態(tài)還是直接進(jìn)入下一輪焦點(diǎn)狀態(tài)。自動(dòng)卸載控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　(7)故障檢測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)

　　故障檢測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)控所有系統(tǒng)的運(yùn)行，并通過(guò)主機(jī)發(fā)出警報(bào)。

　　位置檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)到的位置數(shù)據(jù)不連續(xù)，或者位置檢測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)據(jù)。及時(shí)報(bào)警，停止自動(dòng)操作并跳轉(zhuǎn)到手動(dòng)操作。

　　自動(dòng)行走系統(tǒng)：當(dāng)車(chē)輛處于自動(dòng)行駛過(guò)程中時(shí)，使用位置檢測(cè)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(dòng)退出。

　　自動(dòng)對(duì)焦控制系統(tǒng)：檢測(cè)設(shè)備鏟斗的關(guān)門(mén)信號(hào)。如果長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法關(guān)閉，或信號(hào)故障關(guān)閉，則自動(dòng)按下對(duì)焦并提示報(bào)警。

　　自動(dòng)澆水熄火控制系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，如果西門(mén)子S7-400PLC系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有反饋信號(hào)，則判斷自動(dòng)澆水熄火系統(tǒng)有故障，需要人為干預(yù)。

　　自動(dòng)卸料控制系統(tǒng)：當(dāng)淬火車(chē)到達(dá)卸料臺(tái)區(qū)域時(shí)，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有反饋卸料站運(yùn)行信號(hào)到plc控制系統(tǒng)，則判斷自動(dòng)卸料控制系統(tǒng)有故障，需要人為干預(yù)。

　　3.總結(jié)

　　淬火車(chē)的西門(mén)子S7-400PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于當(dāng)前的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，基于自動(dòng)化行業(yè)的幾點(diǎn)要點(diǎn)“檢測(cè)感知+高效通信+數(shù)字網(wǎng)絡(luò)+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(chē)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的原則是最終目標(biāo)。