基于PLC控制系統的棒材軋線控制系統可靠性研究

馮貝芬

摘 要：分析PLC控制系統的基本結構以及PLC控制系統的硬件軟件組成來分析其在棒材軋線控制系統中的實際應用。在PLC控制系統應用功能的基礎上進一步探究其硬件可靠性、軟件可靠性等等，為進一步推動PLC控制系統的應用發展提供參考。

關鍵詞：PLC控制系統；棒材軋線控制系統；可靠性研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.027

PLC控制系統是自動化的棒材軋線系統，有著極其廣泛的應用。PLC控制系統的全部功能都集中PLC上，有效推動了現代化冶金工業實現分散化、網絡化、智能化、數字化的發展。對于棒材軋線工作來說，復雜的工作環境，強烈的電磁噪音是其主要的組成部分。因此，棒材軋線對系統可靠性有著極高的要求。分析現有的PLC控制系統的硬件軟件結構來進一步分析其在實際應用中的表現能夠更好地了解其所存在的不足，并為未來對其進行進一步的優化提供參考。

1 PLC控制系統概述

（1）簡介。PLC控制系統時自動化棒材軋線冶金系統，其主要實現棒材軋線的基礎自動化以及過程自動化。PLC控制系統能夠實現對各種軋制速度的設定，以及各種速度級聯的調節、微張力的控制等等。通過應用PLC控制系統，棒材軋線的質量以及生產效率得到顯著的提升。許多年來PLC控制系統都實現了穩定的應用并且創造可觀的經濟效益。

（2）工藝設備。在硬件組成上，PLC控制系統往往選擇GE90-30 PLC可編程邏輯控制器，這種設備能夠憑借簡單安裝配置以及可編程環境實現對流水線的繼承控制。這一套PLC控制系統有著極高的性價比。在GE90-30 PLC可編程邏輯控制器的協調下，操作臺、主軋線設備、冷床、設備控制、加熱爐、軋機換錕等等輔助設備實現一個系統的棒材軋線集合。

（3）網絡組成。PLC控制系統主要通過三種網絡方式來實現設備與設備之間的通信，進而實現設備控制與數據采集。其中傳動控制由DP網連接，上位機與控制芯片之間由Ethernet網絡進行連接。各個操作臺則是由雙網冗余的Genius的網絡進行連接。

（4）軟件組成。由于棒材軋線有著眾多的控制系統，因此其輸入與輸出眾多，控制結構與功能也相對復雜，在進行軟件配置時，往往是針對不同體系的機器進行模塊集成配置，主要的模塊部分包括信號采集、程序處理、信號輸出等等部分。另外，為進一步的實現系統效率的提升，PLC控制體系中還包括一部分提高系統可靠性與運行效率的軟件。軟件能夠分別實現參數控制命令傳遞、遠程操作命令傳送、系統的自我診斷、現場設備的保護等等。

2 可靠性研究

（1）硬件可靠性。PLC控制系統是為工業控制所進行的設計，因此，其電源環境、電磁環境和PLC環境，都有著專門的可靠性保障。針對其電源環境、電源電磁干擾抑制棒的使用能夠有效實現生產線功率的控制，保證其中諧波電流和諧波電壓對電源波形產生的影響。另外，抑制電網中高次諧波所使用的多項整流技術，能夠實現對電網電源質量控制，并保證相關系統的穩定運行。對于外部電磁環境，PLC控制系統的電纜、信號線、電機等等都采用特殊的設計，在施工現場中，注意對線材進行接地設計能夠有效抑制電磁干擾。現代企業多數為鋼結構廠房，接地設計需要進行特殊配置，另外為保證PLC控制系統的穩定，接地點要盡量靠近PLC控制系統所在位置，并使得接地點與建筑物保持10到15米的距離。為保證硬件不受特殊情況損壞，設置硬件互鎖與連鎖功能。硬件自我控制系統中，安裝正反粒子計數器，實現對硬件設備的自鎖和互鎖，防止設備事故發生。

（2）軟件可靠性。軟件系統可靠性主要是通過在編程平臺上進行更好的程序設計完善來實現的，一般影響軟件可靠性的因素主要有軟件本身，因此在進行軟件編寫時，要針對軟件本身缺陷進行著重設計。其次，除了軟件本身以外，系統輸入和信號采集的錯誤，也會導致軟件運算出現錯誤，進而導致事故的發生。另外，存儲介質和數據傳輸失誤，也會導致軟件錯誤的出現，針對軟件容錯性、魯棒性、抗干擾能力和故障診斷能力進行加強，能夠有效提升軟件的可靠性。為保證軟件容錯性，設置軟件備份，并對重要部位諸如CPU模塊、交互界面等等進行冗余設計，能夠有效保證軟件本身容錯性。提高魯棒性是指在軟件出現違反規范行為情況時能夠保證程序的穩定運行。因此需要在軟件出現內部預算錯誤死循環、邏輯錯誤等等問題時，能夠自動的進行變量賦值，PLC報警和動作跳出等等。通過加強軟件魯棒性能夠進一步保證軟件的軟件使用。

（3）網絡可靠性。對于PLC控制系統來說，其通信模塊容易發生故障，設置雙系統能夠有效解決通信故障的發生，當A網出現故障時，系統自動切換到B網，可以保證數據的正常傳送，以進一步保證程序的正常運行，由于數據采集錯誤和數據傳輸錯誤，會影響整個系統的命令傳輸和操作轉換，所以在進行數據傳輸過程中，要對數據進行合適的格式轉化設計，以保證數據在傳輸前傳出后，能夠準確無誤。

3 模擬軋鋼對于可靠性的提升

模擬軋鋼環節的設計能夠有效保證整個PLC控制系統在應用時的穩定。一般模擬軋鋼分為兩種類型，首先是純軟件的模擬，其次是實際生產線的模擬。兩種模擬方法能夠分別實現對于軟件系統的檢測和對硬件、軟件系統雙系統的檢測。純軟件形式的模擬式應用數學模型檢驗來實現對整個棒材軋線的可靠性模擬。若軟件模擬通過，則基本保證整個系統無錯誤。第二種方法能夠更加細致，真切進行硬件系統的檢測，能夠更有效保證硬件設備在應用時不出現問題。

綜上所述，PLC控制系統作為現代自動化的棒材軋線冶金系統對現代工業發展有著極其重要的意義。由于棒材軋線冶金環境相對復雜，所以其對于可靠性有著極高的要求。分析PLC控制系統的基本結構與硬件軟件組成，來更好地了解到影響其可靠性的因素，是提升其可靠性的基礎。其可靠性的研究也應從其所具有的硬件軟件配置來分析。不同冶金廠本身有著諸多細節上的差異，所以要想有效提升其可靠性就要針對整體的影響因素來進行解決。諸如硬件電磁干擾、軟件錯誤、數據傳輸、網絡錯誤等等。要想進一步保證PLC控制系統的可靠性，優化模擬能夠更準確地對PLC控制系統進行檢測分析，并保證硬件系統故障能夠被及時發現而不影響系統的運行。

參考文獻：

[1]房新亮.棒材軋線控制系統系統可靠性分析[J].可編程控制器與工廠自動化，2010（04）：21-23.endprint