步序寄存器與比較指令在工業自動控制中的應用

王進 相廣順 王晨

摘要：步序控制在自動化控制領域中的應用較廣。現提出了一種用步序寄存器與比較指令來實現自動步序控制的方法，該方法是基于常規PLC控制的一種優化控制方法。同時結合工程實際應用，介紹了某鋼廠燒結機脫硝聲波吹灰器的自動步序控制程序及應用效果。

關鍵詞：自動步序控制;步序寄存器;比較指令;聲波吹灰器

0 引言

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的控制裝置或控制器，使被控對象的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行[1]。通常自動控制系統由被控對象和自動控制裝置等組成，在開環控制系統中，系統輸出只受輸入信號的控制;閉環控制系統則是建立在反饋原理的基礎上，利用輸出量與期望值的偏差對系統進行控制。精確的自動控制可以使系統運行更快速、更穩定、更準確，并提高生產效率。

1 常見的自動控制方法對比

目前工程上應用較多的自動控制方法及其特點總結如下：

（1）傳統繼電接觸器控制法。用繼電器、開關限位等的觸點硬接線進行步序間的連鎖控制，所使用的硬件繼電器和接觸器數量較多，觸頭易磨損，觸頭長時間吸合易過熱粘連;線路較復雜，線頭易老化斷線，回路改線難度較大;運行時不便于遠程監控，需要電氣人員經常巡檢，且穩定性和可靠性較差。

（2）常規PLC位邏輯控制法。使用大量變量進行步序間的連鎖控制，變量多、連鎖邏輯復雜，連鎖信號過多易導致步序錯亂和中斷;程序段冗長，占用內存大，掃描周期長;程序修改難度大，增加或者減少步數都需相應改動大量連鎖程序，一旦因修改出錯或者外部連鎖信號故障，整個步序控制系統就可能癱瘓。常規PLC位邏輯控制法使得系統調試和運維較為麻煩。

（3）步序寄存器與比較指令控制法。該方法是用步序寄存器內存儲的步數與比較指令里的被比較的步序數來判斷要執行的步序。步序間相互獨立，無須做連鎖;程序修改容易，可靈活增加或者減少步數;硬接線線路簡單，相互獨立不交叉，故障率較低;程序簡短，故障檢修時易于梳理和排查問題[2]。

2 步序寄存器與比較指令控制法的應用原理

首先，將控制過程按工藝邏輯順序和任務類別分解成若干個分項目，再把每個分項目看成步序控制中的每一步，按工藝順序一步一步執行。這樣就可以建立起一個步序控制的方案模型，即用步序寄存器來存儲累計的總步數，步序寄存器為自定義的16位整數數據類型，如DB204.DBW0，初始值為0，再將比較指令里的被比較的數值定義為步序數，比較指令為PLC指令庫內的功能指令，選擇16位整數等于比較指令，其數據類型應與步序寄存器的數據類型一致。

其次，用步序寄存器內存儲的累計總步數與比較指令里的被比較的步序數作比較，當步序寄存器內存儲的累計總步數等于比較指令里的被比較的步序數N時，就執行第N步相應的程序段。自動步序控制開始時，程序自動給步序寄存器初始賦值或循環移步賦值為1，開始第1步工作;第1步執行完畢以后，當移步條件滿足后自動給步序寄存器加1累計為2，開始第2步工作;第2步執行完畢以后，當移步條件滿足后自動給步序寄存器加1累計為3，開始第3步工作;依此類推，直到最后一步。最后一步結束以后，當循環移步條件滿足后自動給步序寄存器賦值為1，重新開始下一周期的第1步工作，依此類推，循環自動步序控制。

最后，自動步序控制結束時，程序自動給步序寄存器賦值為0。

3 應用案例

以我司在江蘇某鋼廠燒結機脫硝反應器項目中使用的聲波吹灰器為例，其正常工作時通過控制氣管上的脈沖電磁閥來實現聲波吹灰，要求脈沖電磁閥按自動步序控制工作，吹灰時間5 s，吹灰間隔時間2 min，吹灰周期間隔時間5 min，模塊選用西門子S7-300 PLC[3]。

自動控制系統的變量如表1所示，控制程序如圖1所示。

4 應用效果說明

本項目中聲波吹灰器采用了步序寄存器與比較指令控制法后，步序判斷條件簡單，無須做連鎖，步序間相互獨立，不會因連鎖信號過多而導致步序錯亂和中斷，控制準確性和運行穩定性較好。聲波電磁閥動作快速，程序簡單易改，可靈活增加或者減少步數，使用靈敏度和可靠性較高。正常工作時，聲波吹灰器一直在進行自動步序循環工作，無須人為手動操作，投用至今沒有發生過硬件設備故障和程序運行異常的情況，使用效果良好。

5 結語

使用步序寄存器與比較指令實現電氣設備的自動步序控制，優點如下：

（1）中間變量較少，程序簡短工整，步序間相互獨立，無須做連鎖，故障檢修時易于梳理程序、排查問題;

（2）程序易修改，可靈活增加或減少步數;

（3）調試時可以直接在程序中模擬給定步序寄存器步數進行打點調試，簡單便捷;

（4）應用范圍廣，在燒結機煙氣脫硝布袋除塵項目上，聲波吹灰器、耙式吹灰器和布袋除塵氣室脈沖閥等電氣設備都可以使用步序寄存器與比較指令來實現自動步序控制，區別只是步序移步條件的不同。

綜上所述，步序寄存器與比較指令在自動步序控制中的應用是一種非常便捷、有效的控制方法。

[參考文獻]

[1] 謝富珍.PLC寄存器移位指令實現順序控制[J].無線互聯科技，2013（7）：119.

[2] 向曉漢.西門子WinCC V7.3組態軟件完全精通教程[M].北京：化學工業出版社，2017.

[3] 劉華波，何文雪，王雪.西門子S7-300/400 PLC編程與應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

收稿日期：2020-11-27

作者簡介：王進（1987—），男，陜西西安人，助理工程師，研究方向：電氣自動化。