焦炉推焦车控制系统PLC设计.docx

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焦炉推焦车控制系统PLC设计

基于SLC-500的焦炉推焦车控制系统PLC设计

摘要

炼焦工业中，焦炉推焦车起着重要作用。

本文对焦炉推焦车的控制系统进行了设计。

首先，作者从应用的角度分析了推焦车的基本结构和工作原理，突出了推焦车在炼焦生产过程中的重要地位。

接着，详细说明了推焦车控制系统中PLC和触摸屏的硬件配置和软件的设计。

在硬件方面，着重对SLC-500PLC的框架、电源、处理器和I/O模块的选型过程和各个模块的特点加以阐述。

另外，简述了触摸屏在推焦车控制系统中的作用及应用触摸屏的好处，并对本文中应用的PanelViewPlus1250型触摸屏进行分析。

在软件方面，介绍了RSLogix500梯形图编程软件的特点及功能和RSViewMachineEdition触摸屏界面编程软件的基本性能和操作步骤，用RSViewMachineEdition软件画出触摸屏界面并加以说明。

最后，画出推焦车推焦流程图和平煤流程图以及推焦车主程序框图，并赋上对应的梯形图程序和程序变量表。

关键词：

焦炉推焦车，SLC-500PLC，触摸屏

TheDesignofPLCaccordingtotheControlSystemofSLC-500PushCokeMachine

Abstract

PushCokeMachinetakesanimportantroleincokingindustry.Thisarticlemainlyintroducesthecontrolsystemofpushcokemachine.Atfirst,thewriteranalyzesthebasicstructureandprinciplefromtheaspectofapplication,andemphasizesitsimportantfunction.

Then,heindicatesPLCandthedesignofhardwareandsoftwareoftouchingscreeninthecontrolsystemofpushcokemachine.Abouthardware,heindicatestheframe,electricpower,CPUofSLC-500PLCandselectionprocessandcharacterofI/Omodule.Inaddition,hesimplyintroducesthefunctionoftouchingscreenandthebenefitofusingtouchingscreen.HealsoanalyzesPanelViewPlus1250touchingscreen.Afterthat,hestatesbasicfunctionandoperationstepsofwritingprogramsoftwareofRSLogix500trapezoidpictureandRSViewMachineEditiontouchingscreen.Inaddition,writerdecoratestouchingscreenwithpicture,whichisdrawnbyRSViewMachineEdition.

Atlast,heillustratesdiagramsofpushingcoke,levelcoalandtheframepictureofprogramofpushcokemachineandstatesthecorrespondingprogramoftrapezoidpictureandtouchingscreen.

Keywords：

Pushcokemachine,SLC-500PLC,Touchingscreen

附录C（推焦车程序变量表）

附录D（推焦车程序）

1绪论

1.1课题研究的意义

中国是当前世界上最大的焦炭生产国和消费国，1995-2000年期间，中国焦炭总产量一直在1.2-1.3亿吨左右，占世界焦炭总产量的三分之一；2002年中国生产焦炭14280万吨，占世界焦炭总产量的40%左右；中国钢铁工业是中国焦炭产品的主要用户，冶金用焦量每年为7500万吨左右。

近10多年来，由于消费焦炭的钢铁、机械及化工工业的高速发展，我国焦炭总需求量翻了一番多。

从1993年起，中国的焦炭需求量已连续居世界第一位。

考虑到有色金属及化工等行业对焦炭的消耗，2003年中国焦炭的总需求量将超过1.6亿吨。

同时中国亦是世界冶金焦炭的供应基地，目前，全球海运焦炭贸易量大约1800万吨，日本、美国、巴西、比利时以及荷兰仍然是中国焦炭的主要进口国。

中国焦炭的生产在国内乃至国际都有着举足轻重的地位。

中国尽管是焦炭生产大国，但炼焦行业的工业设备、生产过程控制以及工艺水平较低。

不但生产效率低、安全性差，而且焦炭产品强度不高、灰分偏大。

为了确保焦炭产品的质量和长期稳定的焦碳出口货源，并力争在国际上树立起中国焦炭产品的品牌，中国各大炼焦企业和贸易单位正在积极地淘汰落后生产装备，并己加强相互协调、进行了总量控制，全力展开了对炼焦行业的结构调整。

2004年6月22-23日在北京召开的“第二届中国炼焦技术及焦炭市场国际大会”对我国焦炭生产面临的诸多技术问题做详细的探讨，这也侧面反应了我国对焦化行业的重视。

欧盟钢铁工业界的知名专家和学者针对未来的炼焦工业的发展方向问题提出以下四个建议：

1，在减少炼焦生产对环境的污染方面取得进展。

2，提高生产效率的连续炼焦工艺。

3，减少除煤气以外的其他副产品。

4，提高焦炉设备的自动化水平，减少安全生产事故。

这也正是我国未来的炼焦技术的发展方向，因此加大炼焦技术方面探索和实践的力度是很有必要的。

我们要讨论的不是焦炭产品的生成问题，也不是炼焦的化工工艺方面问题，而是针对炼焦生产的自动化控制过程做一些探讨，这也是符合我国当前焦炭行业生产现状的。

1.2炼焦工业的发展

炼焦工业是随着冶金工业的发展而发展起来的。

焦炭除了冶金用焦外，其他工业部门也广泛应用。

近些年来，炼焦工业的发展很快，炼焦炉在不断向大型化发展，焦炉的机械化、自动化的程度也在不断提高，焦炉的节能和环保措施也正在逐步完善。

20世纪80年代后期我国炼焦技术迅速发展，炼焦技术的发展，促使了焦炉设备革新和飞跃。

特别是随着可编程控制器（PLC）的不断发展并应用在焦炉设备上，极大的提高了焦炉设备自动化程度和操作安全可靠性能越来越高，如推焦车的推焦、平煤、炉门炉框清扫、石墨清扫都是自动的。

目前，PLC已经成为工业生产中自动化控制的重要手段。

随着新技术革命的发展，大规模集成电路及微处理器的功能和容量日益增强，而体积和成本却显著下降。

因而，作为计算机技术的直接应用的PLC己在国内外工业控制系统中得到广泛应用。

可编程控制器是六十年代初期发展起来的一种具有数字处理能力并设计用于工业和制造业的实时控制系统的专用计算机，它接收来自现场装置的状态信号，通过由CPU求解用户编制的逻辑程序，将控制信号输出直接控制应用装置。

它具有高可靠性、故障率低、抗干扰能力强、便于维护、编程方便、直观、易学易掌握的优点。

目前，国际上知名的PLC生产厂商有A-B、OMRON、Siemens、台达等，而本文中焦炉推焦车控制系统采用A-B公司生产的SLC-500PLC和PanelViewPlus触摸屏

。

1.3炼焦生产过程的主要特点

在这里有必要先对焦炭生产的过程做一介绍，炼焦就是将焦煤置于在密闭的焦炉炉室内经过14--18个小时的干馏后得到红焦，随后通过焦炉的移动机车将红焦从炉室移出送到熄焦室进行熄炭

。

整个过程中共使用的焦车有推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车。

具体步骤是：

当焦炭已经炼成后，推焦车打开炉室机侧的炉门，拦焦车打开同一炉室焦机侧的炉门并把导焦栅插入炉室中，熄焦车位于拦焦车下侧准备接焦，当三车都已准备就绪后，推焦车开始进行推焦操作，将红焦推到拦焦车内，再由拦焦车送入到熄焦车的熄焦罐中，由熄焦车运送到熄焦室；此后装煤车从焦炉炉室顶部的装煤口对空的炉室进行装煤，同时平煤杆会对炉室的煤堆平煤。

1.4本设计的性质、内容和任务

本设计是一门实用性很强的专业课设计。

炼焦工艺在生产过程、科学研究和其他各个领域的应用十分广泛。

本设计的内容是介绍推焦车的基本结构、工作原理、设计方法和实际应用。

介绍和讲解了SLC-500PLC在焦炉推焦车中推焦装置、平煤装置、取门装置中的应用。

其中可编程控制器的飞速发展和其强大的功能使它已成为实现工业自动化的手段之一。

所以，本设计的重点是SLC-500PLC在焦炉推焦车推焦装置、平煤装置、取门装置中的应用。

但这并不意味着了解推焦车的基本结构、工作原理、设计方法和实际应用就不重要了。

这是因为：

首先，只有更好的了解推焦车的结构和功能，才能更好的将PLC应用到推焦车的控制系统，控制推焦车的平煤、推焦等工序。

其次，更好的了解推焦车的结构和功能，有助于设计者编写PLC控制程序，更好的对推焦车进行控制。

该设计的目标是培养和提高学生的实际应用能力。

焦炉推焦车设计是自动化专业学生所必须掌握的最基础的实际应用设计，具体要求是：

（1）熟练掌握焦炉炼焦工艺的基础知识。

（2）熟练掌握推焦车的基本结构、工作原理、设计方法和实际应用。

（3）熟练掌握可编程控制器SLC-500PLC的基本概况，深刻领会可编程控制器的工作原理。

（4）熟练掌握可编程控制器的基本指令，编写控制程序指令。

（5）熟练运用RSLogix500和RSViewMachineEdition编程软件，画出梯形图和触摸屏界面。

2推焦车概况

2.1推焦车的基本功能

焦炉推焦车是具有推出炭化室内干馏成熟的焦碳和用平煤杆平煤的机车。

即首先由取门机卸下应推出焦炉孔的炉门，与导焦车、焦罐车联系，同时将红焦炭从炉内推出。

推完装好炉门后，按照装煤车发来的信号，用平煤杆平煤

。

2.2推焦车的基本结构

推焦车为钢板焊接结构，门型，定位置方式，位于焦炉机侧走行轨道上。

推焦车是三层结构，底层装置有走行机构、空压机系统及配电室。

二层有推焦机构、取门机构和平煤机构。

三层有平煤杆、开小炉门机构和司机室。

推焦车由钢结构车体、推焦装置、走行装置、平煤装置、回煤处理装置、小炉门启闭装置、摘炉门装置、炉门清扫机、炉框清扫机、尾煤处理装置、小炉门清扫机、上升管底部清扫机、消除炉内石墨装置、平台清扫机、压缩空气装置、油压装置、润滑装置、冷气装置、暖气装置、出炉连锁、气路系统和电气系统装置。

2.3推焦车推焦装置

2.3.1推焦装置的基本组成

推焦装置是将炉内的红焦推到焦罐内的装置，由推焦杆、推焦支座、减速机、制动机构、炉内石墨清扫、三角台座等组成。

推焦主要构件推焦杆为一箱形结构件，传动齿条设在推焦杆的上部，推焦杆分为前后两段，以销轴锥套形式无隙连接，推焦杆两侧挂有防风板，以防受风变形。

推焦杆头为焊接结构，推焦头顶上设有10个烧石墨喷嘴，分布于不同角度，可吹扫炭化室顶部的石墨。

推焦头的中上部设有杆头导板，以防止推焦头歪斜造成的事故。

推焦头底部设有压缩空气的喷吹管，当推焦头退出炭化室时吹落炉口的残焦。

2.3.2推焦车炉门开闭装置

本装置设置在推焦机上，利用液压系统来开闭炉门。

炉门开闭装置主要是由取门机、拖架、台车、支承辊、旋转装置、杆销、钢架等组成。

取门机在拖架上，由上下的支撑装置支撑着，拖架由上下的转动轴与台车相连接，台车4个前轮为两轮平衡式，2个后轮通过油缸在轨道上前后移动。

随着台车前后移动，取门机与托架一起通过导轮与导轨可作90度转动。

取门机的垂直位置，可通过与托架台车相连的上下轴承的调整螺旋来调整。

取门机上部由螺栓进行固定，下部由可前后滑动45毫米的轴承支撑，通过弹簧向炉侧伸出35毫米。

即使炉门前有倾斜，也能稳妥的开闭炉门。

前后倾斜度根据情况进行15毫米左右的调整。

取门机本体，上下都有抓住炉门的钩子，上下钩子之间装有与炉门横铁距离相等、长度可进行调整的系杆。

另外，在上下钩子之间设置了松紧炉门横铁用的推压油缸，在上部钩子上还设有升降炉门用的升降油缸。

2.3.3推焦车炉门清扫装置

炉门清扫装置用以当取门机取下炉门退到后端时，对炉门上的刀边、砖边进行清扫，除去焦油，以保证炉门与炉框的严密性，控制跑气、冒烟。

它由传动机构、铣刀台车、下部扫除机、吊挂装置、框架、移动台车、台车轮装置、台车轨道、油缸等组成。

本装置与取门装置相配合，具有手动按纽操作和自动顺序操作两种功能。

清门机通过吊挂装置与台车相连，台车由油缸驱动在固定轨道上来回运转，清门机构高低位置通过吊挂装置可适量调整。

当清门机工作时，侧面清扫小车在油缸作用下，两侧螺杆铣刀靠上炉门侧面10mm间隙；然后，在牵拉链条的作用下运行，一边铣去砖槽上的焦油，一边通过杆头上的刮刀刮去刀边焦油，同时炉门底部清扫机在油缸的推动下，沿轨道来回运行，螺杆铣刀与刮刀除去焦油。

侧底面铣刀的转动由马达驱动，侧面清扫小车上下运行是由带电机的行星减速机完成的。

当清门机靠上炉门时，若炉门略有左右倾斜，清门机通过吊挂装置可自动调节与炉门吻合。

2.3.4推焦车炉框清扫装置

本装置是对炉框镜面和内侧面进行清扫，除去焦油，以保证炉门关上后炉门炉框间的严密性，控制跑气、冒烟。

本装置由清框机、吊挂装置、台车、上下轴承、承辊轮、杆销、旋转机构等组成。

清框机装置的操作有手动操作和自动顺序两种，台车的前后进均通过限位开关进行速度控制。

台车边上设有4个防倒挡轮，2个在上，2个在下。

钢结构架前上部与推焦传动底座相连，后面与推焦手动装置相连。

清框机通过吊挂装置与吊架相连，吊架通过上下轴承与台车相连，台车由前后4个车轮在钢结构架的固定轨道上通过油压缸驱动来回运行。

清框机由8组侧面刮刀、8组镜面刮刀、上下横头刮刀、扒焦机构、油压缸、隔热板、导向架等组成。

清框机通过吊架下的导辊走S轨道围绕上下轴承旋转。

为保证清扫炉框时装置的刚性，设有插销装置，靠机械导轨在台车运行时按预定位置插、拔销。

当在台车作用下清框机前进时，通过导向架导向，清框机的侧面刮刀受到挤压后，压缩刮刀内面伸缩装置内的弹簧进入炉内，尔后，侧面刮刀和镜面刮刀靠紧炉框镜面和侧面并在油压缸作用下上下活动进行刮扫，刮下的余焦、焦油随着清框机的后退由扒焦机构带出炉外。

2.3.5推焦车炉台清扫装置

本装置是利用排风机的作用将炉台上的粉焦尘吸取后，经过旋风除尘器和布袋除尘器除尘，以代替人工清扫炉台的设备。

由吸嘴、支承辊、管道、旋风除尘器、布袋除尘器除尘、料斗、排风机、开闭阀、检修平台组成。

该装置工作时将吸嘴放下，随着车辆的慢速运行，两侧的空气吹管将炉台角落的焦粉吹到中间由吸嘴吸走，吸取的焦粉、尘，经旋风除尘器和布袋除尘器的两级除尘，送入料斗，定期用油缸打开料斗闸板排放到地面，由地面运输车定期运走。

2.4推焦车平煤装置

2.4.1平煤装置的基本组成

推焦车平煤装置是将装入炉内的煤料平整、平通，确保装煤量和使荒煤气顺利导出的装置。

平煤装置设在推焦杆左侧6.5m的两层平台上。

其主要由小炉门开闭机构、平煤杆、绳鼓、平煤杆重锤部、钢丝绳轮、托辊、驱动机构、余煤处理机构等组成。

2.4.2推焦车小炉门开闭装置

小炉门开闭机与小炉门压紧装置均为液压式，与平煤装置其他机构相配具有手动按钮操作和自动程序操作两种功能。

小炉门开闭有2个油缸执行动作，一个是驱动小车拔叉头，对位打开锁闭钩，另一个油缸是通过拔杆横向旋转180度，打开炉门，当关闭小炉门时，门反向旋转180度后，小车退回，锁闭钩锁上，小炉门压紧装置将小炉门紧紧压在大炉门上，保持其严密性。

2.4.3推焦车小炉门清扫装置

本装置用于与推焦位置相隔5炉距的下一炉将被推焦的炭化室的小炉门及小炉门框清扫，刮除焦、焦油，以保证小炉门的密闭性。

小炉门清扫装置由小炉门开闭机、压紧、框面扫除机、小炉门扫除机、上升管根部清扫机、钢结构架及台车组成。

本装置的运转操作具有手动按钮控制和自动控制两种功能，所有动作均由油缸驱动完成，有各类油缸7个。

在整个装置中，其高度随炉子高度变化且左右变位均可适量调整。

2.5推焦车走行装置

推焦车走行装置通过电机、减速机、开式齿轮、车轮驱动整机在轨道上运行的。

本装置由主动平衡车、从动平衡车、车架、驱动装置等组成，设有2组主动平衡车，4个主动轮，2组从动平衡车、4个从动轮。

采用平衡车不但克服了轨道高低差的问题，而且同一平衡车的两轮承压相等。

本装置的制动方式是液压推杆抱闸和涡流制动，电机与减速机之间，采用尼龙柱销联轴器连接，减速机与驱动齿轮之间，采用齿形联轴器连接。

在走行驱动部分的轴承处均为轴固定，轴承外圈转动。

本装置的四组车轮的外侧，均设有刮轨器，以刮去轨面上的焦粉。

在靠炉侧的机架下部设有两个止推侧辊。

2.6推焦车的控制系统

推焦车的控制系统包括推焦控制系统、平煤控制系统和走行控制系统。

其中，推焦控制系统和平煤控制系统均采用PLC控制。

操作员通过SLC-500PLC和触摸屏对摘、关炉门，摘、关小炉门、炉门清扫，炉框清扫，推焦、平煤等动作进行控。

3推焦车控制系统的硬件配置

3.1引言

A-B（艾伦-布拉德利Allen-Bradley）是Rockwell自动化公司的知名品牌，其PLC系统以及各种柔性的工业标准化I/O接口模块，为您提供完备的各种控制解决方案

。

易用的软硬件配置系统，使您轻松设计控制系统；高可靠的工业标准化设计，适应各种恶劣工况现场环境；从A-BSLC-500/1746系列到A-BMicroLogix1500系列，AB的PLC系统广泛应用于石油、化工、电力、冶金等各种大小尺度的工业控制应用。

SLC-500TM系列（见图3.1）可编程控制器就是其中一个最恰当的例子。

这些小巧的控制器体现了我们对于产品在稳定可靠、技术创新和性能卓越等各方面，按照最高标准进行设计和制造的承诺

。

并且，您可以注意到SLC平台上不断增强的功能和模块，将为您的应用带来更多的好处。

图3.1SLC-500产品图

3.2SLC-500系统概述

SLC-500系列是一个不断充实的小型可编程控制器系列，其有两种硬件结构：

固定式和模块式，其产品目录号为1746和1747系列：

固定式控制器将电源、I/O设备和处理器集中于一个单元，可提供20、30和40个输入输出点数；还提供一个二槽的扩展框架，可以增加2个I/O模块以增加其灵活性

。

模块式控制器采用框架式结构，用户能够按照实际需要配置不同的模块从而设计和建立专门的控制器系统，使用户在组态系统时具有额外的灵活性、更强的处理能力以及更大的I/O容量（960个）；具体的优点如下：

（1）有处理快速、功能强大的处理器，内存最多达64K字指令数。

（2）本地I/O站：

不需要任何通讯模块，只需扩展电缆连接，每站最多可达3个框架、30个槽。

（3）多种类型的扩展I/O：

SLC-500I/O（1746）、FlexI/O（1794—1797）、PointI/O（1734）等。

（4）多种形式的现场总线：

符合国家标准的DeviceNet、IEC61158国际标准总线ControlNet、远程I/O网。

（5）有用于以太网的内置通讯口，及适用于DH485、DH+、DeviceNet、ControlNet和其它网络的通讯口；还有RS-232接口，可以和上位机直接进行通。

3.3SLC-500的系统配置

本系统由三个框架组成。

1#框架由1个10槽机架、1根通讯电缆、1根扩展电缆、1块处理器、1个电源、6块数字量输入模块、3个空槽盖板组成（见图3.2）。

2#框架由1个10槽机架、1根扩展电缆、1个电源、4块数字量输入模块、1块数字量输出模块、5个空槽盖板组成（见图3.3）。

3#框架由1个10槽机架、1根扩展电缆、1个电源、9块数字量输入模块、1块模拟量输入模块组成（见图3.4）。

3.3.1SLC-500框架的选择

框架用于安装处理器、I/O模块和电源模块；有4种框架尺寸可选：

4/7/10/13槽（1746-A4/7/10/13）；电源模块安放在框架的最左侧，每个SLC站（最多3个框架/30槽）的第一个框架的第一槽用于安放SLC处理器或通讯适配器模块。

本系统采用10槽框架。

图3.2一号框架中的I/O模块

图3.3二号框架中的I/O模块

图3.4三号框架中的I/O模块

3.3.2SLC-500电源的选择

提供4种不同的电源（见图3.5），3种交流和1种24V的直流，交流电压可设定使用120V或240V交流电压工作。

其中1#、2#框架采用的电源型号为1746-P1，3#框架采用的电源型号为1746-P4。

1746-P1型进线电压为85-132\170-225VAC，47-63HZ，内在电流能力2Aat5VDC0.46Aat24VDC。

1746-P4型进线电压为85-132\170-225VAC，47-63HZ，内在电流能力10Aat5VDC2.88Aat24VDC。

图3.5电源模块示意图

3.3.3SLC-500处理器模块的选择

SLC-500处理器有以下型号：

（1）SLC5/01处理器（1747-L511或1747-L514）。

（2）SLC5/02处理器（1747-L524）。

（3）SLC5/03处理器（1747-L531或1747-L532）。

（4）SLC5/04处理器（1747-L541，1747-L542，1747-L543）。

（5）SLC5/05处理器（1747-L551，-L552，-L553）。

本系统选用的处理器型号是1746-L532，该处理器的容量为16k。

通过内置的RS-232通讯端口，无须外加其他模块，就可以让处理器灵活地连接外部智能设备。

在SLC500模块化系统中，SLC5/03处理器最多可以支持3个框架（总共30个槽位），I/O点数目可以从4点到4096点。

下图为1746-L532处理器（见图3.6）。

图3.6处理器模块示意图

3.3.4SLC-500I/O模块的选择

1#框架的数字输入模块分别为1746-IM16型和1746-IB16型，其中1746-IM16型电压等级为200/240VAC，I/O数目为16，240AC输入模块。

1746-IB16型电压等级为24Vdc，I/O数目为16，直流灌入型输入模块。

2#框架的数字输入模块为1746-IB32型，数字输出模块1746-OB16型。

1746-IB32型电压等级为24VDC，I/O数目为32，直流灌入型输入模块。

1746-OB16型电压等级为24VDC，I/O数目为16，电流拉出型直流输出模块。

3#框架的数字输出模块1746-OW16型，模拟量输入模块1746-N14型。

1746-OW16型电压等级为24VDC，I/O数目为16。

1746-N14型为高分辨率（4）模拟量输入模块，电压等级-20+20mA（或）-10+10Vdc（见图3.7）。

图3.7I/O模块

3.3.5SLC-500编程软件的选择

本系统采用A-B公司的梯形逻辑图编程软件RSLogix500。

利用个人计算机和RSLogix500编程软件（见图3.8），采用常见的梯形逻辑图，让SLC-500控制器编程开发更为方便、简洁。

图3.8RSLogix500软件界面图