焦炉地面协调系统与OPR系统联锁功能介绍

焦炉地面协调系统与OPR系统联锁功能介绍

郑凯文

大连华锐重工焦炉车辆设备有限公司 辽宁大连 116045

摘要：基于Modbus TCP 通讯方式，将本公司焦炉地面协调系统与中冶焦耐焦炉炭化室压力稳定调节（OPR）系统连接，实现生产过程中车辆与炉体的联锁。

关键词: Modbus TCP；地面协调系统；OPR系统；西门子STEP7；PLC网络；

1前言

随着全国炼焦行业工业化改造不断推进和工业自动化系统的应用不断得到扩展及深入,在炼焦行业实际生产经营过程中,生产车辆的操作方式从手动到全自动逐步转变。为了进一步提高生产设备自动化控制水平,实现车辆一键全自动连续生产,需要我们通过焦炉地面协调系统,将车辆自动化控制系统与工业OPR系统之间进行有效、可靠地的实时通讯,建立起一个稳定有序的工业生产自动控制网络，进而实现自动装煤、推焦操作，提高生产效率。本文基于西门子PLC对其通讯方式、主要功能及程序画面做了简要介绍。

2 通讯方式介绍

MODBUS/TCP协议是一个中立型的、简单易用的、基于MODBUS系列的串行通讯协议,用于控制和管理工业自动化通信设备中的数据传输的一种派生的产品,它基本覆盖了所有使用基于TCP/IP通信协议的在"Internet"环境和在"Intranet"环境下中处理的MODBUS串行数据报文。该协议的最基本的用途之一是为连接PLC控制模块,I/O接口控制模块,以及为连接其它的总线或网关模块服务制定的。

Modbus TCP协议在传输的过程中使用了以太网TCP/IP协议参考模型中的5层:

第一层:物理层,提供设备的物理传输接口,并支持与市售网络适配器等网络介质进行相互传输兼容。

第二层:数据链路层,格式化信号到目标硬件地址数据帧/源硬件数据帧。

第三层:网络层,其带有32字节位长的IP地址报文包。

第四层:传输层,实行高可靠性的连接、并发、查错、传输和调度、端口服务。

第五层:应用层，Modbus 协议报文。

3 系统设计

3.1  系统构成

焦炉地面协调系统是指挥焦炉车辆协同作业运行的通信核心,该套系统组成主要为可编程PLC控制器、工控机、视频网络监控通信系统、以太网交换机、无线通讯系统设备等模块组成。实现各作业车辆之间以及生产设备系统之间互相利用高速无线路由器或无线以太网等进行高速数据无线交换,进而有效实现远程生产调度管理、系统数据在线传输监控、系统数据在线备份处理等功能。

OPR系统是指一种近年来在国内广泛使用和采用较多的焦炉炭化室系统通用的一套新型的单孔压力智能调节装置,通过程序实现控制系统对低压氨水泵、高压氨水泵及集气管压力传感器的智能化调节控制,能够在整个焦炉系统装煤、结焦过程和最后推焦的阶段都使其炭化室系统底部的压力始终能处于一个微正压状态,从而可以大大提高系统所烧炼焦炭的质量,并在装煤生产过程中产生了相应的吸力进而满足环保要求,达到了消除黑烟和除尘脱硫的综合效果,可有效地减少焦炉烟气氮氧化物等各种污染物粉尘的排放,改善了焦炉炉顶的工作环境,且使焦炉使用寿命有效延长。

本项目中焦炉地面协调系统使用的是西门子S7-400 系列 PLC,并采用双CP 以大网模块方式，1号 CP 用于地面中控与各车无线通讯，2号CP 用于连接地面协调系统上位机，如此将无线通讯网络与上位机系统网络分开，防止数据在同一交换机中形成拥堵，避免通讯数据被淹没。在此项目中，通过西门子STEP 7软件进行配置，把 S7-400 单站系统以太网模块 CP443-1配置为 Modbus TCP Server，与OPR系统采用的ABB CI867模块作为 Client 进行 Modbus TCP 通讯。

3.2联锁功能介绍

以焦炉为单位，每座焦炉一组信号，每座焦炉仅允许一孔处于推焦或装煤过程。以1号焦炉(对应1~70号炭化室)为例，主要通讯联锁信号如下：

1、装煤炉号：即将装煤或正在装煤的炉号，该炉号在装煤动作完成后改变为下一孔将装煤的炉号，然后保持不变，直至下一次装煤动作完成。

2、装煤车位置炉号：装煤车所在位置的炉号，该炉号不要实时改变，仅当装煤车到达即将装煤操作的炭化室上方时该炉号才变为装煤车的当前位置，否则该炉号保持之前的值不变或为0。

3、装煤将开始信号：装煤车已经就位且完成装煤准备，且密封导套已经落下后该信号置位，装煤车接到OPR系统发送的允许装煤信号后应复位该信号。

4、装煤结束信号：装煤车完成全部装煤动作后该信号置位，装煤车到达下一孔装煤炭化室之前，该信号应复位。

5、出焦炉号：即将出焦或正在推焦的炉号，该炉号在推焦动作完成后改变为下一孔将出焦的炉号，然后保持不变，直至下一次出焦动作完成。

6、推焦车位置炉号：推焦车所在位置的炉号，该炉号不要实时改变，仅当推焦车到达即将推焦操作的炭化室位置时该炉号才变为推焦车的当前位置，否则该炉号保持之前的值不变或为0。

7、推焦结束信号：推焦车完成全部出焦动作后该信号置位，在推焦车到达下一孔推焦炭化室之前，该信号应复位。

8、允许装煤：装煤车收到允许装煤信号后，才允许开始装煤。

9、允许推焦：推焦车收到允许推焦信号后，才允许开始推焦。

通过地面协调系统将装煤车与推焦车车辆位置、生产炉号及状态信息发送到OPR系统，同时接收OPR系统发送的允许装煤、推焦等信号，车辆收到OPR系统发送的信号之后方可进行装煤、推焦操作。

4程序编制

PLC程序编制采用西门子STEP 7编程软件，调用 Modbus TCP 指令，创建FC块写入联锁程序，创建DB块存储收发数据。程序编写按照标准化和模块化，结构清晰，调试查找方便，可读性强。PLC程序如图1所示。

图1 PLC程序

5结束语

此联锁系统集成运用了西门子公司 PLC网络结构总线和Modbus TCP等新型网络通讯技术,实现了焦炉生产过程中现场主要设备全过程的自动装煤、推焦等操作，为进一步实现焦炉设备系统全自动化高效运行监控与运行过程全面自动化控制等奠定起了更坚实有效的基础。实践证明,该联锁生产系统安全运行稳定可靠,提高了全自动生产运行效率,取得了良好的经济效益,使该企业生产技术现代化水平跃升到了一个新台阶。

参考文献

1.SIMATIC基于 S7-300/400 以太网模块 CP343-1 &CP443-1 Modbus TCP 在 STEP7 的使用入门（V6.0）

2. 廖常初 S7300/400PLC应用技术，2005