基于PLC鋼鐵生產(chǎn)線的控制技術(shù)分析及改進分析

【摘要】首先分析了鋼鐵生產(chǎn)線上鋼包精煉爐在PLC控制過程中存在的主要問題與缺陷，進而從PLC控制系統(tǒng)改進的角度入手，研究了改進PLC控制數(shù)的幾點關(guān)鍵措施與方法，改進效果顯著，以便引起同行人員的高度關(guān)注與重視。

【關(guān)鍵詞】PLC；控制系統(tǒng)；技術(shù)；改進

某鋼鐵生產(chǎn)線上鋼包精煉爐主要涉及到包括脫氧、脫硫、合金化微調(diào)鋼水成分、以及鋼液電弧加熱升溫、保溫在內(nèi)的相關(guān)功能。自動化系統(tǒng)的主要構(gòu)成模塊包括水處理控制系統(tǒng)以及上料控制系統(tǒng)這兩個方面。PLC控制器為AB公司5/80C型PLC裝置，配置雙機熱備冗余。遠程I/O接口使用SLC系列輸入輸出模塊。在整個PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程當(dāng)中，頻繁出現(xiàn)板卡燒壞方面的問題，嚴(yán)重時導(dǎo)致整個生產(chǎn)線設(shè)備無法正常運行，有必要通過PLC控制系統(tǒng)改進的方式加以優(yōu)化。本文即針對該問題展開詳細(xì)分析與研究。

1.基于PLC控制的現(xiàn)存問題分析

某鋼鐵生產(chǎn)線上鋼包精煉爐自正式投入生產(chǎn)線運行后，總體設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，控制系統(tǒng)功能表現(xiàn)良好。但在運行期間仍然存在一定的問題，即鋼包精煉爐爐蓋冷卻水溫度在使用多根熱電阻進行測量的過程當(dāng)中，PLC控制系統(tǒng)對應(yīng)分布4塊RTD輸入模塊獲取測量數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為模擬量數(shù)據(jù)，供應(yīng)給控制系統(tǒng)的CPU中心。但板卡大多使用壽命不足數(shù)月，頻繁發(fā)生燒毀的問題，嚴(yán)重時導(dǎo)致整個鋼包精煉爐PLC控制系統(tǒng)無法正常運行。進一步分析認(rèn)為，該PLC系統(tǒng)控制過程當(dāng)中存在的問題包括以下幾個方面：其一，電氣系統(tǒng)線路走向設(shè)計存在一定的偏差，不夠合理，沒有根據(jù)惡劣的環(huán)境因素，設(shè)置相應(yīng)的特殊保護與防護措施；其二，爐蓋附近引出電纜段長期處于高溫環(huán)境狀態(tài)下，絕緣層發(fā)生了嚴(yán)重的老化問題，再加上爐蓋需要頻繁性的在開閉狀態(tài)中切換，故而導(dǎo)致了短路、斷路故障的發(fā)生率的提升。

2.基于PLC控制的改進措施分析

針對當(dāng)前整個鋼鐵生產(chǎn)線上鋼包精煉爐所應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)中存在的問題，需要制定一系列措施與方法，最大限度地控制故障發(fā)生率，減少因故障停機而造成的損失。改進需要實現(xiàn)的最直接目標(biāo)在于：即便鋼包精煉爐系統(tǒng)發(fā)生短路故障，生產(chǎn)系統(tǒng)中主作業(yè)線的運行也不會受到不良影響。遵循原有PLC系統(tǒng)在配置方面的基本特點，認(rèn)為PLC控制技術(shù)的改進可以從以下幾個方面入手：

措施一，對外圍設(shè)備進行改造，優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)布線方案：將電纜改為具有耐高溫優(yōu)勢的電纜線路，穿金屬管，金屬管直接外殼直接做接地處理。同時，重新布置控制系統(tǒng)內(nèi)部電纜走向，原則上盡量拉開電纜與爐蓋開啟位置以及高溫位置的距離。同時，考慮到鋼包精煉爐生產(chǎn)線運行過程當(dāng)中，周邊容易產(chǎn)生粉塵污染，溫度高，且受到強電磁的干擾，故而引入IFM智能測溫儀表，在提高其耐高溫與耐腐蝕能力的同時，支持對生產(chǎn)線上冷卻水溫度的動態(tài)監(jiān)測。整個IFM智能測溫儀表正常運行期間輸出電流信號在4.0～20.0mA范圍之內(nèi)。為與之匹配，將PLC控制系統(tǒng)中原有的RTD模塊更換為常規(guī)模擬量輸出模塊，同時在信號進入模擬輸入模塊前，增設(shè)隔離器，為智能測溫儀表提供電能支持，傳輸電流信號。同時，隔離器還能夠?qū)崿F(xiàn)對危險信號的及時隔離，確保PLC下輸入模塊的安全可靠。

措施二，對PLC系統(tǒng)硬件配置進行改進：在將PLC控制系統(tǒng)中原有的RTD模塊更換為常規(guī)模擬量輸出模塊的條件下，輸入模塊選擇1746-NI4，該模塊下共設(shè)置有4個獨立的模擬量通道，以上模擬量通道所對應(yīng)的尋址方式繼續(xù)沿用原有方案（采取半槽尋址方案）。相對于機架而言，4個模擬量通道在整個PLC程序中可識別的硬件地址表現(xiàn)為00組、02組、04組、06組。需要特別注意的一點是，該PLC控制系統(tǒng)所對應(yīng)模擬量輸出模塊不直接面向外圍設(shè)備供電。在某一模擬量通道與外圍設(shè)備連接后，剩余三個模擬量通道使用跳線進行短接處理，避免對其他通道的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

措施三，對PLC系統(tǒng)程序進行改進：對PLC系統(tǒng)程序的改進是在優(yōu)化整個PLC系統(tǒng)控制技術(shù)過程當(dāng)中最為核心的問題之一。由于在前面所總結(jié)的兩項措施當(dāng)中，對PLC輸入模塊的類型進行了更換，由此導(dǎo)致地址映射等相關(guān)問題需要做出對應(yīng)的調(diào)整。對于更換后所選擇的1746-NI4模擬量輸入模塊而言，其最大的特點在于：將RTD以及其他阻抗輸入的模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以數(shù)字信號的方式儲存在映像區(qū)當(dāng)中，直接為PLC處理器所獲取。同時，一個模擬能夠支持四個獨立的RTD或其他阻抗輸入連接，根據(jù)阻抗類型實現(xiàn)對輸入通道的靈活配置。期間所涉及到的寫入信息數(shù)據(jù)包括：數(shù)據(jù)格式、輸入類型、濾波頻率、溫度單位、以及通道功能等在內(nèi)。在該模擬量輸入模塊與中央處理器進行數(shù)據(jù)交互的過程當(dāng)中，PLC控制系統(tǒng)的程序修改需要通過以下步驟實現(xiàn)：第一步，對PLC控制系統(tǒng)下原設(shè)置的傳送讀寫參數(shù)程序直接刪除，保留CPU模塊數(shù)據(jù)讀入的程序。同時，考慮到系統(tǒng)控制功能實現(xiàn)期間不需要讀取狀態(tài)字，故而將讀取數(shù)據(jù)長度設(shè)置為“4”參數(shù)；第二步，保留PLC系統(tǒng)原有模擬量輸入模塊中的模塊內(nèi)量程標(biāo)定功能，根據(jù)寫入?yún)?shù)中設(shè)定的RTD類型，實現(xiàn)輸入值向工程值參數(shù)的轉(zhuǎn)化；第三步，對PLC控制系統(tǒng)中，溫度報警程序段所對應(yīng)的數(shù)據(jù)地址進行改進，改進參照工程值所在的實型數(shù)據(jù)文件加以實現(xiàn)；第四步，將修改完成的程序保存，軟件確認(rèn)無語法錯誤后，將整個程序下載至中央處理器當(dāng)中；第五步，在監(jiān)控畫面操作程序當(dāng)中，對冷卻水溫度中的溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)TAG變量映射地址進行修改，完成后即可退出重啟。

3.結(jié)束語

在按照以上流程對PLC控制系統(tǒng)進行改進以后，重新啟動PLC程序運行，觀察發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度數(shù)據(jù)能夠正常進行讀取，且可支持在高限狀態(tài)下的自動報警。鋼包精煉爐現(xiàn)場支持對溫度參數(shù)的直接監(jiān)控，設(shè)備運行更加的安全與穩(wěn)定。在近段時間的使用過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，整個PLC控制系統(tǒng)運行狀態(tài)穩(wěn)定，克服了系統(tǒng)受不良環(huán)境影響的問題，消除了生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備在運行期間可能出現(xiàn)的安全隱患與不穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)停機故障。故而認(rèn)為本次改進效果顯著，在同類實踐工作中具有一定的參考與借鑒價值。

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