關(guān)于PLC在冶金方面應(yīng)用

王慧智

摘要：伴隨科技的急速發(fā)展，在鋼鐵冶金企業(yè)自動(dòng)化控制中PLC憑借它超乎尋常的先進(jìn)性漸漸普及，它與電氣自動(dòng)化的結(jié)合使后者的控制過程更加方便，為整個(gè)企業(yè)的未來打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，利于整個(gè)企業(yè)巨大潛能的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：PLC;冶金方面;應(yīng)用

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 ?PLC系統(tǒng)

PLC是面向用戶的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)：

（1）高可靠性：PLC所有的輸入輸出接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外部電路與PLC內(nèi)部電路之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離;PLC各輸入上均采用R-C濾波技術(shù)，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-20ms;PLC各模塊采用了性能良好的開關(guān)電源;PLC所采用的器件都進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化。

（2）豐富的輸入輸出模塊：PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有豐富的模塊供用戶選用，如：DC/AC，數(shù)字量/模擬量，電壓/電流，脈沖/電位等等。PLC相應(yīng)的輸入輸出模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多種器件或者設(shè)備相連接。與輸入模塊相連有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等;與輸出模塊相連的有電磁閥、接觸器、電機(jī)、指示燈等。為了提高PLC的功能，它還提供了多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，PLC還有多種通信模塊。

（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)：除了廂體式的小型PLC，目前絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件如CPU、電源等都采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能用戶可自己組合。

（4）編程簡單：PLC的編程大多數(shù)采用類似于繼電器控制線路的梯形圖格式，形象直觀，易學(xué)易懂。

（5）安裝簡單，維修方便。PLC系統(tǒng)發(fā)展初期，主要應(yīng)用于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的開關(guān)量控制，對(duì)過程控制系統(tǒng)中的大量模擬量數(shù)據(jù)處理功能相對(duì)較差、通訊與監(jiān)控功能較弱，難以勝任大型和控制狀況復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)工作。

1.2 ?DCS系統(tǒng)

（1）高可靠性：由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。

（2）開放性：DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。

（3）靈活性：通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測(cè)量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

（4）易于維護(hù)：功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排除故障。

（5）協(xié)調(diào)性：各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

（6）功能齊全：控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。

2 ?PLC控制系統(tǒng)簡介

首先，在運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)之前，要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的初始化處理，一般情況下，要在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行或精密點(diǎn)檢后運(yùn)行時(shí)或者當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重大故障后，重新啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行初始化處理，進(jìn)行初始化處理的工作步驟包括有：第一，讀入過程設(shè)備狀態(tài)信息、條件信息;第二，顯示工藝流程圖及設(shè)備目前狀態(tài);第三，所有定時(shí)器、計(jì)時(shí)器清零;第四，設(shè)備操作方式自動(dòng)設(shè)置成“手動(dòng)”方式;第五，由操作員進(jìn)行“手動(dòng)”操作處理，使各設(shè)備處于操作員指定的方式、狀態(tài);第六，操作員確認(rèn)各設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)是否正常，運(yùn)行條件是否具備，由操作員將操作方式設(shè)在正常運(yùn)行的模式;第七，操作員確認(rèn)一切正常后，程序運(yùn)行先從“手動(dòng)”方式開始，設(shè)備正常運(yùn)行后再切換到“自動(dòng)”方式。

其次，進(jìn)行操作場(chǎng)所的選擇。一些需要在PLC上控制的設(shè)備在機(jī)旁操作箱上設(shè)有“遠(yuǎn)控/近控”權(quán)限選擇開關(guān)，將操作地點(diǎn)分為：“近控”操作：將選擇開關(guān)設(shè)置為“近控”位置時(shí)，利用機(jī)旁操作箱上的操作指示燈及操作按鈕在現(xiàn)場(chǎng)完成設(shè)備的啟動(dòng)（開啟）、停止（關(guān)閉）操作?！斑h(yuǎn)控”操作：將選擇開關(guān)設(shè)置為“遠(yuǎn)控”位置時(shí)，利用設(shè)置在中控室的PLC控制站進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。

最后，如果在PLC控制系統(tǒng)控制的過程中，一臺(tái)控制站發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)控制站發(fā)出報(bào)警信號(hào)，打印故障報(bào)告，操作員到正常的工作站進(jìn)行操作，直到系統(tǒng)恢復(fù)。當(dāng)PLC故障（包括通訊故障、CPU故障、冗余板卡故障）時(shí)，自動(dòng)無擾切換到冗余設(shè)備（通訊鏈路、冗余CPU、冗余板卡），操作站發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并打印故障報(bào)告。非冗余板卡故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由專業(yè)人員確認(rèn)并排除故障。

3 ?PLC控制系統(tǒng)用于冶金自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在PLC控制系統(tǒng)用于冶金自動(dòng)化控制的過程之中，可以充分的結(jié)合人工智能系統(tǒng)的先進(jìn)理論技術(shù)以及相應(yīng)的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)的冶金自動(dòng)化控制過程之中，主要采用的設(shè)計(jì)手段就是通過結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法缺乏先進(jìn)的系統(tǒng)理論的支持，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些難以解決的故障問題。通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效的優(yōu)化對(duì)于冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過對(duì)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，有效的縮減產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型的時(shí)間，有效的提升了冶金自動(dòng)化控制的控制效率。

3.2 故障診斷設(shè)計(jì)

一般情況下，冶金設(shè)備所出現(xiàn)的故障問題具備著非線性的特點(diǎn)，這就給冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)解決冶金設(shè)備的故障問題帶來了很多的困難。在這樣的背景下，通過在冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)，可以有效的提升冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢索效率。并通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)之中的專家系統(tǒng)、模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，更加有效的確定冶金設(shè)備之中出現(xiàn)故障的區(qū)域，可以有效的提升冶金設(shè)備的故障診斷有效率。

3.3 智能控制設(shè)計(jì)

在冶金自動(dòng)化控制過程引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成為了科學(xué)領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢(shì)，一般情況下，冶金自動(dòng)化控制過程引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)主要集中在對(duì)于PLC控制系統(tǒng)之中的模糊算法、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)對(duì)于冶金自動(dòng)化系統(tǒng)的主要應(yīng)用層面也主要集中在以下幾個(gè)層面：第一，進(jìn)行對(duì)冶金設(shè)備之中的數(shù)據(jù)參數(shù)的分析;第二，對(duì)于冶金設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)督管理;第三，對(duì)于控制系統(tǒng)的有效管理;第四，對(duì)于冶金系統(tǒng)之中出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)的記錄分析。

4 總結(jié)

PLC以其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)提升了鋼鐵冶金企業(yè)電氣化控制的穩(wěn)定性，同時(shí)，PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣化控制上具有巨大的發(fā)展前景。我們應(yīng)該順從PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以PLC的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展帶動(dòng)鋼鐵冶金企業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展。不斷改進(jìn)PLC的技術(shù)，使其更好地服務(wù)于電氣自動(dòng)化控制，促進(jìn)我國工業(yè)長期穩(wěn)定的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]蔡新華.PLC的運(yùn)用，北京：航空航天大學(xué)出版社，2008年.

[3]范瑞.研究電氣自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì).山東工業(yè)技術(shù).2016（05）

（作者單位：本鋼集團(tuán)有限公司北營煉鐵廠）