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基于结构化模式的干熄焦PLC系统的软件开发

时间：2025-08-29 13:23 所属分类：电子论文 点击次数：

摘要：干熄焦是一种利用焦炭和惰性气体直接接触并换热产生蒸汽的新型环保的熄焦工艺，在国内目前焦化行业，是被广泛推广的项目。安钢集团信阳钢铁焦化厂4.3m焦炉配套的75t/h干熄焦及发电项目是由中冶南方能源分公司、都市环保工程技术股份有限公司与武汉焦耐-

　　摘要：干熄焦是一种利用焦炭和惰性气体直接接触并换热产生蒸汽的新型环保的熄焦工艺，在国内目前焦化行业，是被广泛推广的项目。安钢集团信阳钢铁焦化厂4.3m焦炉配套的75t/h干熄焦及发电项目是由中冶南方能源分公司、都市环保工程技术股份有限公司与武汉焦耐工程技术有限公司联合承包。文章主要介绍武汉焦耐工程技术有限公司的软件开发人员，在该项目中的干熄焦控制系统开发设计过程中利用结构化模式进行编程的应用。

　　关键词：干熄焦;结构化模式;功能块

　　0引言

　　干熄焦工艺流程主要是利用惰性气体氮气通过风机与装入干熄炉内的焦炭逆向流动进行热交换，热交换后焦炭温度降至250℃，而氮气温度升至800℃，然后再将循环气体送至锅炉与水交换热量产生蒸汽。整个干熄焦发电项目电仪控制系统的核心是干熄焦本体及锅炉的计算机控制系统。

　　1控制系统硬件配置

　　干熄焦本体及锅炉的计算机控制系统为整个干熄焦系统核心部分，要求系统具有稳定、连续的生产能力，为满足该要求，本项目的干熄焦本体及锅炉的控制系统硬件采用西门子S7-414-5H冗余控制主站，I/O站采用ET-200M系列本地或远程站共计8个I/O站。软件采用Step7V5.5。

　　2PLC系统结构化模式的程序设计

　　干熄焦本体及锅炉的计算机控制系统大致分为9个单元，这些单元都包括多个设备控制、联锁以及仪表监控点。而如何根据干熄焦设备特点，设计合理的控制程序，就成为软件开发设计的关键。针对各个单元的设备要求，开发人员在控制系统的程序开发中利用结构化模式的方法[1]。这种结构化模式的编程方法，是将对象要求类似或相关的功能进行分类，从而可以提供用于多个任务可以套用的方法。

　　以属性参数的形式向程序指令块提供相关数据，完成控制要求。结构化模式的核心就是生成通用的解决方法和模块，然后重复利用，开发过程中只需要编写一个通用的功能模块，对于功能要求上一直只是对象名不同的设备，只需要代入设备所有参数就可以了。从而使得程序的开发周期缩短，程序结构清晰，可移植性和过程性强，便于维护[2]。

　　2.1设备功能需求分析

　　软件开发人员对设备功能做需求分析，以结构化模式的原则，通过对软件功能规格书中各个单元设备控制要求描述，确定控制功能块的控制属性，所有设备大致可以分为4大类：①设备类(DEVICE)主要为风机，泵类，皮带机等启停输出的设备。②开关阀(VAVLE)主要为电动开关阀门类，还有一些特殊设备。③仪表类(INSTRUMENT)主要为4～20mA仪表信号输入。④调节阀(PIDVAVLE)主要为PID调节阀。

　　2.2功能块程序设计实现

　　对设备类、阀门类功能块设计进行介绍，举例说明如何实现利用结构化模式的设计方法，将类似的对象要求进行整合为一个具有通用控制属性的功能块。

　　2.2.1设备类(Device)功能块

　　旋转密封阀属于一般的启停设备，并有外部联锁信号。功能块上设备属性包括外部输入的信号：集控选择、电气故障、运行状态、联锁信号。还有就是根据控制要求需要系统给出各种变量如中央手自动选择、手自动启停(HMI按钮使用)、故障确认等。然而以上是常规设备的通用属性，有时候一些设备会出现特殊功能需要，如干熄焦本体除尘中的刮板机。刮板机有个检测装置是用来检测是否链板断裂的，该信号给出的是连续的脉冲信号SQ，开发人员对设备类的功能块就进行扩展整合，增加信号检测功能，当检测定时保护TIME定时器超时后输出故障，故障报警代表断链[3]。

　　2.2.2开关阀类(VAVLE)功能块

　　干熄焦本体及锅炉系统中各类控制阀门数量多，开关阀占主要部分大致30多台。一般开关阀门主要是开或关阀门，或有外部联锁开或关阀。因此，功能块上设备属性包括外部输入的信号：集控选择、综合故障、开运行、关运行、开到位、关到位。还有就是根据控制要求需要系统给出各种变量如中央手自动选择、手自动开关阀(HMI按钮使用)、TIME定时保护、故障确认。

　　然而，还有一些特殊的设备的控制属性与开关阀类的属性相似，也是可以整合到一起去的。如APS加紧装置和装入装置。其控制特性与开关阀一样，APS加紧装置可以使用开关阀门类的通用模块。以上介绍了设备类、开关阀类两大类中主要通用功能块的设计，依照结构化模式的设计方法，在通用模块生成之后，就需要开始套用通用模块，下一步就是对单个控制对象，只需要以属性参数的形式向通用的功能块提供相关数据，最后完成控制要求。具体就是对于单个设备调用属性相同的功能块FB，生成背景数据块DB，硬件模块的I/O点连接到DB数据块上。如干熄焦本体预存室紧急放散阀，调用开关阀类(VAVLE)功能块FB1201，并生成背景数据块DB230，数据块内存储着预存室紧急放散阀的功能属性参数。

　　3结束语

　　这种结构化模式的解决方案，贯穿了整个上下位机的系统开发，使得软件的开发周期大大缩短，系统程序的结构性强，便于维护，也使得程序的可移植性和扩展性更强。最终该工程通过总包各方公司的技术人员努力配合，已于2015年2月份投产并网发电投产。

　　参考文献

　　[1]潘立慧,魏松波.干熄焦技术[M].北京:冶金出版社,2005.

　　[2]刘德海,阮理想,王高芝,等.基于西门子PLC系统试验平台的设计与开发[J].河南科技,2013(14):85,112.

　　[3]冯曦.基于西门子S7-400PLC的远程监控系统开发[D].秦皇岛:燕山大学,2014.

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