施耐德plc在冶金工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄒 磊

PLC是一種綜合工業(yè)環(huán)境和工業(yè)狀態(tài)而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，使用的是可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)動(dòng)等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或者生產(chǎn)過程。施耐德PLC全新的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)縮短了開發(fā)時(shí)間，基于處理器的靈活性使得性能可以得到很大的提升，基于開放性以及對(duì)工具的協(xié)同式應(yīng)用，Unity在軟件開發(fā)和控制系統(tǒng)運(yùn)行上達(dá)到了更高水平。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化的要求也越來越高，而PLC控制系統(tǒng)能夠提高自動(dòng)化水平，提高工業(yè)的生產(chǎn)效率，使得冶金工業(yè)走向現(xiàn)代化、智能化。

1 PLC簡述

PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是各種信息技術(shù)的綜合，例如計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制技術(shù)等，其具有的微處理器用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存和執(zhí)行。可編程控制器是由CPU、指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。早期的可編程邏輯控制器僅僅具備邏輯控制功能，隨著不斷的改進(jìn)和發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)擁有了多項(xiàng)功能，包括邏輯控制、時(shí)序控制、模擬控制、多機(jī)通信等等。在當(dāng)前工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)于一臺(tái)緊湊型的電腦的主機(jī)，具有擴(kuò)展性和可靠性的優(yōu)勢。

在微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的運(yùn)用。當(dāng)前社會(huì)發(fā)展速度非常快，制造業(yè)想要在市場中占據(jù)有利位置就要緊跟社會(huì)發(fā)展的步伐以及市場的需求，生產(chǎn)出小批量、多品種、低成本以及高質(zhì)量的產(chǎn)品，想要達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)和要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)要具有較高的可靠性和靈活性，PLC編程則可以滿足這一要求，其是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。

PLC在工業(yè)領(lǐng)域中是比較受歡迎的自動(dòng)控制元件，其具有應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便的特點(diǎn)，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一。從目前的狀況來看，工業(yè)中使用的設(shè)備基本都是自動(dòng)化，這使得很多工廠的設(shè)備選擇采用PLC人機(jī)界面等相關(guān)的自動(dòng)化器件進(jìn)行控制，所以設(shè)備的自動(dòng)化程度也越來越高。基于這種情況下就對(duì)設(shè)備的維護(hù)人員提出了更高的要求，從技術(shù)員的角度來講，需要掌握的技能比原先會(huì)增加很多，并且涉及的內(nèi)容也更加全面，只有這樣才能夠滿足自動(dòng)化的發(fā)展要求。PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，其檔次不同所具有的響應(yīng)速度不同，通常情況下都可以滿足應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。在跨范圍使用PLC時(shí)以及在有些功能或者信號(hào)有特殊要求的情況下，那么應(yīng)該要考慮PLC的響應(yīng)速度，可以選擇具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC。

2 PLC功能

PLC再近些年來得到快速的發(fā)展，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，其控制功能、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理功能、可編程、調(diào)試功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能以及人機(jī)界面等功能也慢慢變得更加強(qiáng)大，這也就使得PLC的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣闊，其可以應(yīng)用在各行各業(yè)。

2.1 控制功能

PLC的控制功能主要有邏輯控制功能、順序控制功能、定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能等，其可以應(yīng)用在單臺(tái)設(shè)備的控制，也可以應(yīng)用在多臺(tái)設(shè)備和自動(dòng)化流水線的控制，例如主塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線、電梯等的控制。PLC的邏輯和順序控制功能是PLC最基本的控制功能，其可以應(yīng)用的領(lǐng)域也十分廣泛，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器的邏輯控制和順序控制。PLC的定時(shí)功能同樣是基本的控制功能之一，PLC內(nèi)部設(shè)置有很多的定時(shí)器，并且還能夠提供高精度的時(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)控制。PLC的定時(shí)時(shí)間可以在編程的期間進(jìn)行設(shè)定或在運(yùn)行的過程中進(jìn)行修改，此控制功能可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)時(shí)間繼電器的定時(shí)控制。PLC的計(jì)數(shù)控制功能主要是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作計(jì)數(shù)的控制，PLC的內(nèi)部優(yōu)于設(shè)置了很多的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)設(shè)定值可以在編程的過程中進(jìn)行設(shè)定或者在運(yùn)行的過程中做修改工作，此控制功能可以實(shí)現(xiàn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理功能

PLC具有數(shù)學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)換、排序、數(shù)據(jù)移位等功能，其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理等，這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值做比較，從而完成一定的控制操作，另外可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸或者直接打印輸出。數(shù)據(jù)處理通常情況下是應(yīng)用在大型控制系統(tǒng)，例如無人控制的柔性制造系統(tǒng)，例如造紙、冶金、食品工業(yè)中。

2.3 通信聯(lián)網(wǎng)功能

PLC所具有的通信聯(lián)網(wǎng)功能可以與遠(yuǎn)程I/O、其他PLC之間、計(jì)算機(jī)之間、智能設(shè)備之間進(jìn)行通信。

2.4 可編程、調(diào)試功能

PLC利用存儲(chǔ)器中的程序?qū)/O接口外接的設(shè)備進(jìn)行控制，存儲(chǔ)器中的程序可以依據(jù)實(shí)際情況和應(yīng)用進(jìn)行編寫，通常可以將PLC與計(jì)算機(jī)通過變成電纜進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部程序的編寫、調(diào)試、監(jiān)視、實(shí)驗(yàn)和記錄。此功能也是和繼電器等其他控制系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)別的最大功能優(yōu)勢。

2.5 運(yùn)動(dòng)控制功能

PLC使用的是專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直接運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，此控制功能被應(yīng)用在機(jī)床、機(jī)器人、電梯等的控制中。

2.6 過程控制功能

過程控制指的是對(duì)溫度、壓力、流量、速度等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC可以編制不同的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。為了達(dá)到PLC可以完成加工過程中對(duì)模擬量的自動(dòng)控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換以及D/A轉(zhuǎn)換。此控制功能被廣泛的使用在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。

2.7 可靠性高、抗干擾能力腔

以往的繼電器控制系統(tǒng)運(yùn)用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、由于觸點(diǎn)接觸不好，很統(tǒng)一出現(xiàn)故障。PLC可以代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，只剩下和輸入與輸出相關(guān)的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10～1/100，由于觸點(diǎn)接觸不良造成的故障也會(huì)大大減少。PLC采用了一些列硬件和軟件抗干擾措施，因?yàn)槠渚哂泻軓?qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接應(yīng)用有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC目前已經(jīng)被認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備。

2.8 監(jiān)控功能

相關(guān)操作人員可以利用PLC的編程器或者監(jiān)視器對(duì)定時(shí)器、計(jì)時(shí)器以及邏輯信號(hào)狀態(tài)、數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)可以對(duì)其PLC各部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

2.9 停電記憶功能

PLC內(nèi)部設(shè)置有停電記憶功能，此功能是在內(nèi)部的存儲(chǔ)器使用的RAM中設(shè)置了停電保持器件，使得斷電后該部分存儲(chǔ)的信息不變，電源恢復(fù)后就可以接著進(jìn)行工作。

2.10 故障診斷功能

PlC內(nèi)部設(shè)置有故障診斷功能、此功能能夠?qū)ο到y(tǒng)構(gòu)成、硬件狀態(tài)、指令的正確性等進(jìn)行診斷，如果在發(fā)現(xiàn)異常的情況下，會(huì)通過報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并能夠在監(jiān)視器上顯示出錯(cuò)誤的信息，在故障非常嚴(yán)重的情況下就會(huì)發(fā)出停止運(yùn)行的指令，這樣可以在很大程度上提高控制系統(tǒng)的安全性。

3 冶金工業(yè)的特點(diǎn)

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)在不斷的提高，各行各業(yè)都在加快發(fā)展，冶金行業(yè)也不例外，當(dāng)前很多的冶金行業(yè)規(guī)模都是很大的，并且很多都是集團(tuán)性的企業(yè)，規(guī)模之大也就說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織相對(duì)復(fù)雜，在具體的運(yùn)營中資金流和數(shù)據(jù)流也較大。冶金工業(yè)是通過對(duì)開采的材料進(jìn)行冶煉，并且加工成金屬材料，可以分為黑色冶金工業(yè)，也就是生產(chǎn)鐵、鉻、錳及其合金等，主要是為現(xiàn)代工業(yè)、交通運(yùn)輸、基本建設(shè)和軍事裝備提供原材料；再有是冶金工業(yè)，也就是生產(chǎn)非黑色金屬的金屬煉制工業(yè)部門。冶金工業(yè)在生產(chǎn)的過程中工序和環(huán)節(jié)較多，并且連續(xù)性強(qiáng)，具有各種復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，這也就導(dǎo)致企業(yè)存在著很多的變動(dòng)，尤其是原燃料成分和生產(chǎn)技術(shù)條件也時(shí)常發(fā)生變化。不僅如此，冶金工業(yè)對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也有很高的要求，通常需要按照銷售合同來進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程需要進(jìn)行嚴(yán)格的跟蹤，切實(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 施耐德PLC控制系統(tǒng)的控制功能

PLC控制系統(tǒng)投入使用之前，需要做初始化處理，一般是在控制系統(tǒng)中運(yùn)行，或者是在精密點(diǎn)檢之后運(yùn)行，或者是在系統(tǒng)有重大故障后，在重新啟動(dòng)的情況下需要做初始化處理。初始化的處理流程不只是從一方面進(jìn)行，設(shè)備信息和狀態(tài)都需要處理；工藝流程圖和設(shè)備當(dāng)前的相關(guān)情況都要顯示；清零定時(shí)器和計(jì)時(shí)器；操作方式需要改成手動(dòng)的方式，相關(guān)的設(shè)備操作人員要將設(shè)備調(diào)整到指定的方式和狀態(tài)；操作人員要做好檢查工作，查看運(yùn)行條件，之后將操作方式設(shè)置在正常運(yùn)行模式；在操作人員查看一切情況正常的情況下，程序首先從手動(dòng)模式開始，在運(yùn)行正常之后改為自動(dòng)。

在進(jìn)行操作場所的選擇時(shí)，如果是在PLC上控制的設(shè)備需要在機(jī)旁操作箱設(shè)置遠(yuǎn)控/近控權(quán)限選擇開關(guān)。在PLC控制系統(tǒng)中，假如有1臺(tái)控制站發(fā)生問題，那么另1臺(tái)控制站也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，與此同時(shí)也會(huì)將故障報(bào)告打印出來。

5 PLC控制系統(tǒng)用于冶金自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)途徑

5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用在冶金自動(dòng)化控制中，可以采取與人工智能系統(tǒng)結(jié)合的方式，沖的利用人工智能系統(tǒng)的先進(jìn)理論和相關(guān)的具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。從以往的冶金自動(dòng)化控制中可以得知，其就是通過分析具體的工作經(jīng)驗(yàn)來完成控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)，但是這種方式存在一定的不足，沒有足夠的系統(tǒng)理論來做支撐，在具體的應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些比較難解決的故障問題。對(duì)PLC控制進(jìn)行有效的應(yīng)用，可以改進(jìn)對(duì)冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且會(huì)應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，從很大程度上減少了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型的時(shí)間，從而提高了冶金自動(dòng)化控制的控制效率。

5.2 故障診斷設(shè)計(jì)

大多數(shù)情況下，冶金設(shè)備出現(xiàn)的故障問題一般都具有非線性的特點(diǎn)，這使得解決冶金設(shè)備的故障問題有了很大困難性。在這種情況下，如果能夠在冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)中加入PLC控制系統(tǒng)，那么就可以有效的提高冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢索效率，另外再加上PLC控制系統(tǒng)中的其他功能，例如專家系統(tǒng)、模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，這樣就可以準(zhǔn)確的確定冶金設(shè)備中出現(xiàn)故障的地方，能夠在很大程度上提高冶金設(shè)備的故障診斷效率。

5.3 智能控制設(shè)計(jì)

可以在冶金自動(dòng)化控制中加入PLC控制系統(tǒng)是很多學(xué)者所研究的重點(diǎn)課題，也是一種發(fā)展方向。在冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)中加入PLC控制系統(tǒng)主要是集中在對(duì)于PLC控制系統(tǒng)之中模糊算法、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的引進(jìn)之上。PLC控制系統(tǒng)在冶金自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用主要從以下幾個(gè)方面：①對(duì)冶金設(shè)備中的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析；②實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金設(shè)備中運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理；③對(duì)控制系統(tǒng)的科學(xué)有效管控；④實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金系統(tǒng)故障的及時(shí)有效的記錄好分析。

6 施耐德PLC控制系統(tǒng)在冶金工業(yè)控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

6.1 在煉鐵除塵中的應(yīng)用

PLC在冶金工業(yè)中使用是非常廣泛的，主要是考慮PLC系統(tǒng)的性能、安全性、靈活性以及維護(hù)等。PLC作為控制系統(tǒng)，在鋼鐵生產(chǎn)的很多方面都要用到，例如在采選礦、燒結(jié)、鑄造等方面。在除塵站的應(yīng)用中，除塵器是由控制柜、空壓機(jī)、水箱、壓力罐和水泵組成的，PLC的應(yīng)用可以對(duì)水箱起到重要的作用，通過PLC控制系統(tǒng)可以對(duì)水箱的水位、水溫和閥門開關(guān)等進(jìn)行有效的控制。而在的運(yùn)行期間，水箱中的水需要抽到水管中，這可以利用水泵來完成，壓力罐的作用是把水壓出形成高壓水柱，達(dá)到將灰塵洗凈的目的。

6.2 在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

冶金企業(yè)是一種耗能比較高的企業(yè)，在具體的運(yùn)行和生產(chǎn)中，環(huán)境相對(duì)較差，對(duì)人體健康和設(shè)備都會(huì)帶來一定的影響。在生產(chǎn)的過程中，會(huì)造成較多的金屬粉塵，腐蝕性氣體泄露也會(huì)經(jīng)常發(fā)生，由于各種現(xiàn)象的存在，傳統(tǒng)電氣的連接線經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，電路出現(xiàn)短路、開路和接地等問題。因?yàn)楦鞣N線路和電器故障的存在導(dǎo)致維修的工作量較大，并且維修也比較困難，對(duì)安裝和調(diào)試也帶來一定的影響，會(huì)消耗大量的人力和物力。使用PLC能夠改善這種情況，可以解決電氣連接線上的線路問題，可以利用PLC中的存儲(chǔ)器作為內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，其可以在運(yùn)行的很多方面發(fā)揮作用，比如在邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等方面都能夠進(jìn)行控制，能夠控制各種類型的生產(chǎn)設(shè)備，運(yùn)用PLC可以為冶金企業(yè)的發(fā)展帶來很大的便利。PLC可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在帶來便利的同時(shí)能夠提高生產(chǎn)的效率，并且可以在很大程度上節(jié)省人力和物力，從而減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

6.3 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用

PLC從誕生到使用也是經(jīng)過了不斷的精進(jìn)和完善，不斷的進(jìn)行更新?lián)Q代，PLC指令系統(tǒng)在近些年來得到很大的改進(jìn)，在電動(dòng)變頻調(diào)速的控制中通常是使用PWM對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)出指令，其控制作用非常顯著，不只是可以在接收信號(hào)下可以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)也能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行調(diào)速處理，這樣達(dá)到高爐除塵風(fēng)機(jī)的工藝要求。在高爐出鐵時(shí)，在爐臺(tái)前安裝的紅外感應(yīng)器可以給PLC發(fā)送信號(hào)，然后對(duì)這種信號(hào)做出及時(shí)的處理，并且可以將其傳輸給變頻器，變頻器也會(huì)有指令發(fā)出，經(jīng)過一系列的操作之后可以將除塵機(jī)電機(jī)可以在工頻下自動(dòng)的將粉塵吸出。在出鐵各項(xiàng)工作完成之后，鐵場紅外測溫器就會(huì)向PLC發(fā)出低溫信號(hào)，從而使得運(yùn)行的頻率改變，就會(huì)在低頻的狀態(tài)下運(yùn)行，這樣就能夠防止工頻的高耗能，從而起到節(jié)能的效果。

7 結(jié)語

冶金工業(yè)在近些年來得到很快的發(fā)展，并且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，這也為工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展帶來很大的幫助，推動(dòng)冶金工業(yè)的發(fā)展。冶金是工業(yè)領(lǐng)域中非常重要的部分，需要引進(jìn)一些先進(jìn)的技術(shù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的自動(dòng)化，保證施工質(zhì)量和施工效率，縮短新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)周期，知曉先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在冶金工業(yè)重要性。施耐德plc系統(tǒng)作為新一代軟硬件自動(dòng)化平臺(tái)，能夠在冶金工業(yè)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并且會(huì)給冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程帶來幫助，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，這對(duì)冶金工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。