PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統中的應用

韋日禎

摘 要：在實際生產應用中，PLC型DCS控制系統自動化生產線已經逐漸擴大應用范圍。該應用主要是利用單回路微機控制系統，通過與計算機、控制技術、通訊技術三者共同作用，強化生產過程自動化的集中操作，在自動化生產線實現分層控制。分層控制可以對人機直接的關聯得以區分，提高計算機在運行上可能出現的風險控制。本文通過PLC型DCS控制系統在自動化生產線上電子控制系統的應用，解決計算機操作中的缺陷，確保PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統中應用的穩定性，希望為相關操作人員提供參考。

關鍵詞：PLC型DCS控制系統 自動化生產線 電子控制系統

在20世紀90年代，DCS控制系統已廣泛應用于自動化生產線，在應用和開發期間逐漸地轉移到PLC型DCS控制系統中。該系統主要用于生產工業自動化，發揮更多符合自動化生產線需求的作用，自動控制系統和自動化生產線的領域在PLC型DCS控制上不斷優化和創新。利用計算機的融合，PLC型DCS控制系統在工業自動化生產線行業中獲得了更靈活性和穩定效果，PLC型DCS控制系統技術的有機集成讓工業企業生產獲得更高價值。

1 自動化生產線電子控制系統設計

通過自動化生產線電子控制系統上的計算機技術、控制技術、通信技術相結合。利用單回路微型計算機控制，實現了分層分級控制功能，控制系統可以實現分級管理和應用。與傳統的自動化生產線相比，PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統的風險不斷降低，對生產線的穩定性和生產效率顯著提高并取得更高的安全性。在DCS控制系統運行中，集成到PLC編程調試上，以提高自動化生產線的電子控制的靈活性。添加PLC編程，根據生產線的生產過程做編程設計，實現了生產過程的控制，提高了生產效率，避免控制系統受到不穩定因素的影響。在自動化生產線的電子控制系統上，利用計算機軟件、硬件和控制系統、通訊系統的工程師、技術人員、操作人員為主要構成方式。企業在生產線運行上通過多層化的數據接口管理做到連接目的，可以做到控制原材料的軋制和轉運等軌跡運行，并在自動系統中控制生產中需要的數據參數，做到控制自動化生產的目的。本文以某鋼鐵廠中冷軋板帶鋼自動化生產的電子控制系統為例，依據冷軋板帶軋制和生產運行流程的控制，以熱軋板作為原料，通過開卷機開卷、激光焊機焊接、酸洗槽酸洗處理、到最后軋機的軋制以及卷取機的卷取的控制過程，對自動化生產線的電子控制做探索，提高對PLC型DCS控制系統的認知[1]。

2 PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統中的應用

假設在某鋼鐵廠的冷軋板帶生產是采用PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統運行，以熱軋板作為原料，通過開卷機開卷、激光焊機焊接、酸洗槽酸洗處理、到最后軋機的軋制以及卷取機的卷取等生產工藝參數的控制，根據工藝要求利用參數在系統中的提前設定，采用自動化控制的方式做到電子控制的自動化運行。在軋鋼車間控制室由操作人員通過HMI人機交互界面根據生產車間運行中產生的工藝及機械參數做控制的設定，實現自動化管理生產和自動化系統運行。電氣技術人員負責系統運行過程的監管、程序調試以及設備的優化升級，讓系統做好對運行設備的實時控制和通訊網絡的正常，讓系統在運行中提高安全性和穩定性。現場控制主要是依據實際情況，做好生產線的維護和操作，操作控制區分為酸洗入口操作區和圓盤剪操作區、軋機操作區等主控區域，采用PLC型DCS控制系統自動化生產控制模塊，完成冷軋板帶生產線的DCS控制系統的統一化管理模式，做好集中操作分散控制的目的，從而提高生產線的生產效率和自動化生產過程的穩定性和安全性[2]。

2.1 PLC型DCS控制系統功能介紹

PLC型DCS控制系統自動化生產電子控制系統的功能首先體現在冷軋板帶鋼的生產自動化控制的核心，其核心采用的是西門子控制單元，利用總線PROFIBUS-DP做現場通訊，在系統實際操作的運行中用總線模式下的控制單元做DCS控制，達到內部系統完成自動化生產的需求。這個過程需要依據系統中設備的啟動順序，確保在設備啟動后，可以按照各個功能參數做控制設置。同時設計啟停時間，讓設備中的狀態字反饋信號匹配到生產線的實際應用中，利用狀態字的反饋對相應的組號做搜索功能。通過設備系統內部所編程的邏輯實現擬定的任務要求，讓DR管腳可以獲取系統邏輯運行后的計算結果，實現生產線的運行控制，利用點擊達到狀態的掌控，經過有效掌控實現自動化控制要求，再經過信號的繼續傳遞，實現程序過程控制。在實際生產線應用過程上，系統的電機開啟操作正常是控制在1s之內，在啟動時間≥1s時，運行系統和機器都是正常狀態且沒有故障的情況下，可以利用延遲程序對啟動時間做延長。電機在連鎖上主要有設備相關連鎖、啟動和運行連鎖，在設定時“1”表示連鎖成功，正常啟動設備，“0”表示連鎖失敗無法對程度進行啟動[3]。連鎖正常啟動后，會由技術人員在程序中根據狀態字的反饋做出連鎖指令的輸出，在得到控制信號后進入功能區域，這時就可以得到指令接收，也可以將指令傳輸出去。連鎖在啟動過程需要按照規定的指令和流程做啟動操作，才能確保設備系統的正常開啟與運行工作。在生產線電子控制系統中，實際應用會將電機所有的控制字看成整體，再通過字節向功能模塊做信息和指令的傳輸。啟停原理如下圖1所示。

在冷軋板帶鋼整個生產過程的自動化控制上，是工程師、技術人員、操作員在原有的組成上再利用軟件構成新的組成，并對新的組成加以控制。在PLC型DCS控制系統的控制下，自動化生產線的控制還可以實現過程監控，使用通信總線將相關數據即時傳輸到計算機內，然后實現信號處理、通信模塊等操作。DCS控制系統的正常操作可以確保控制自動化生產線上的鋼材生產，并起到簡化人工、完善自動化控制、提高生產率的重要作用[4]。

2.2 PLC型DCS控制系統計算機監控組件

自動生產線的電子控制系統是具有獨立性的，與PLC型DCS控制系統是不同的自主運行系統，并且擁有不同的特征，在對生產控制上作用也有所不同。不過在自動化生產線操作中，由于兩個系統有著總線網絡的連接，兩個系統還同時存在著網絡協議，因此在生產運行上需要將兩個系統看成一個整體。利用以太網作為通訊中介模式，可以做到對控制系統的控制站服務的功能，同時也可以對數據參數的準確性做服務。以太網的接入有效讓計算機在通訊上起到控制站和操作共同穩定可靠的性質，確保數據參數在傳輸過程上的穩定[5]。

計算機內的監控系統主要起到控制現場模板和各站點之間狀態的操作，滿足操作過程協調性，傳輸數據質量會隨著操作有所增加，并提高了傳輸速度。在PLC型DCS控制系統中，主要包括網絡通信、計算機監控組件、程序控制。因此，在實際操作中，為了更好地允許PLC型DCS控制系統發揮作用，通常建立通信系統，并且建立整體設備監控系統，確保PLC型DCS控制系統在操作中的準確性。系統正常運行下管理器會自動在生產線中完成電子設備發出的任務指令，并根據指令實現系統運行生產功能。

2.3 軟件功能設計

2.3.1 監控功能

計算機監控組件一般是起到監控電子系統整體的運行情況，并通過監控到的問題對系統做日常檢修維護。電子系統主控板的運行狀態可以起到對自動生產線運行中檢測的作用。在運行過程中還包括設備故障檢測，并準確發現出現故障的區域位置和故障類型，并在檢測到故障后及時通知相關維修人員，第一時間對發現故障的位置做相應維修對策，避免影響自動生產線運行，從而造成不必要的損失[6]。

2.3.2 控制功能

通常電子控制系統在運行過程上，具體運行情況和生產線的數據參數都會通過監控界面傳輸并顯示，相關工作人員根據界面的顯示做實時監測，迅速判斷出運行系統的故障所在區域位置和故障具體類型。當發現故障時，系統還可以將故障信息及時在計算機內做保存，技術人員通過保存信息對主控板做分析，及時查找到故障原因，根據原因做出維修方案。自動生產線電子控制系統下，計算機就會變成PLC型DCS控制系統做管理，依據運行情況做到自動控制的目的，這就可以杜絕系統在運行上出現其他操作問題，或者出現不在系統設定內的問題引發故障。保障系統可以正常運行，主要是通過用戶所具有的操作權限和優先決定的權決定系統可以持續安全運行。如表1內容可以看出，一般會利用遙控和手動雙模式來限制系統，實現優先設置的權利，避免多個系統在共同操作下，出現操作失誤的情況導致故障發生。利用PLC型DCS控制系統可以快速提高系統的穩定性，在后期運行中也可以保障系統安全，利用計算機的協助實現快速找到故障，并維修故障。

2.4 通信軟件設計

2.4.1 通信協議設計

通常情況，該系統具有一定的權限通信協議，常用的是MODBUS協議和RTU的通信模式做數據的采集和儲存。當使用該協議時，需要驗證數據收集內容，用16位CRC執行系統通信模式的驗證工作，以確保在操作期間系統的可靠性。PLC型DCS控制系統在接收到任務時，單元數據信息被發送到控制系統，并且控制系統子程序分析發送數據的參數指標后，在做數據轉換為系統提供參考依據。

2.4.2 PLC端的設計

PLC端的設計主要通過語言編程軟件與兼容功能結合，利用可讀性高的特點對PLC做設計，將系統上位機與PLC通信結合，在通信端口設置一個停止位，設置通訊端口COM2，設置奇偶校驗位。

2.4.3 PC端設計分析

與參數的通性設計類似，采用的是VC++，通常在查詢方式做設計，設計位置一般會在下位機。而上位機的作用就是讀取下位機PLC內容，周期是300ms，時間間隔較短，讀取的任務命令直接會作用于固定的緩沖區域。

2.4.4 通信軟件設計分析

在通信軟件設計上，通常會融合多方面內容做綜合設計，想要實現通信軟件設計的安全性，就需要系統和設計內容共同完成，再利用系統的調試功能做設置，才能確保通信的穩定和安全[8]。

3 PLC型DCS控制系統運行上注意要點

（1）在軟件設計運行中，需要信息數據存儲和查詢功能，以反映DCS控制系統的有效安全性和穩定性，這種功能要易于操作。在存儲和運行的控制下，設備正在運行的狀態做實時查詢，并且發現故障位置在第一次進行解決。

（2）通信軟件可以將PLC型DCS控制系統做組合設計，使用COM2作為通信端口，執行FBD語言編程功能，更容易在系統功能上做操作和運行，并通過PLC和上位機的通信來實現更快捷方便的通信模式軌道運行機制。DCS系統中的PC設計通常是使用VC++進行編程，控制系統的上位機功能，起到收集PLC中生成的數據。利用查詢功能在系統中進行調試時，獲取相關命令以便指示固定緩沖區，確保系統的穩定性和可靠性。

（3）在系統控制下，設計通信軟件時需要結合PLC型DCS控制系統，界面的設計應考慮到要監控系統的可見性，方便運行中對系統的監控作用。在完成設計后，做好檢測和檢查工作，便于解決和糾正問題，確保系統運行上的安全性。

4 結語

在工業自動化生產線電子控制系統中應用PLC型DCS控制系統已經成為較為普遍的方式。PLC型DCS控制系統高效快速的提高自動化生產線電子控制的靈活性和可靠性，最大化提高生產線控制系統的正常運行，同時提高生產效率，提高企業利益。通過對PLC型DCS控制系統不斷改造和提升，在將其與自動化生產線有機結合，極大促進工業企業生產的發展空間，為工業市場整體帶來提速和穩定持續發展。

本文系潘協龍自治區技能大師工作室2020年柳州市補貼資金建設項目（項目編號：J20201017）和廣西職業教育互聯網+智能制造專業群發展研究基地建設的研究成果之一。

參考文獻：

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