PLC在通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化變頻中的應(yīng)用

劉學(xué)軍，孫廣虎

（河北津西鋼鐵集團(tuán)股份有限公司機(jī)動(dòng)部煉鋼一廠，河北 唐山064302）

1 引言

鋼鐵作為人類(lèi)生產(chǎn)生活使用最為廣泛的金屬材料，其延展性高，導(dǎo)熱性好，且資源豐富，成本較低，號(hào)稱(chēng)工業(yè)的糧食，適用于大范圍的生產(chǎn)，在社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)部分都有十分普遍的應(yīng)用，是一項(xiàng)必不可少的根本工業(yè)品。鋼鐵工業(yè)是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)部門(mén)，是發(fā)展經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)技術(shù)改造必不可少的條件。同時(shí)，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展其他工業(yè)部門(mén)的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，這就奠定了鋼鐵工業(yè)的重要地位，許多國(guó)家都把鋼鐵工業(yè)的發(fā)展放在十分重要的位置，且協(xié)調(diào)其發(fā)展與各其他經(jīng)濟(jì)部門(mén)的發(fā)展，維持著健康的比重關(guān)系。而在當(dāng)今的鋼鐵行業(yè)中，PLC 是其中的一種具有代表性的自動(dòng)化技術(shù)，由于PLC 可以自動(dòng)編程，所以可以在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中，對(duì)應(yīng)鋼鐵冶煉的需求，研發(fā)可以自動(dòng)化的程序，從而使生產(chǎn)鋼鐵時(shí)能做到有自動(dòng)編程，從而達(dá)到可以自動(dòng)化生產(chǎn)鋼鐵的水平。在冶金過(guò)程中，其也直接關(guān)聯(lián)到鋼鐵生產(chǎn)是否安全。

2 PLC 概述

PLC，一般指可編程邏輯控制器，是特地為在工業(yè)條件下使用而研發(fā)的能進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它使用的存儲(chǔ)器是可編程的，能夠在其內(nèi)部存儲(chǔ)中執(zhí)行運(yùn)算、控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等相關(guān)操作的指示，利用數(shù)字或模擬的輸入輸出來(lái)操控各個(gè)類(lèi)型的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PLC 就像人類(lèi)的大腦一樣，可以與電腦的CPU相提并論。有了PLC 技術(shù)，人們就能“自由自在”地操控所要控制的機(jī)器，不用再像以前一樣采用繼電器控制——若想實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能就得不停地改換線路，極不方便，且極易出錯(cuò)，特別是用在大型控制上，既浪費(fèi)時(shí)間，效果又差[1]。PLC 主要靠?jī)?nèi)部的邏輯改變進(jìn)而控制外部設(shè)備，這一過(guò)程當(dāng)然也離不開(kāi)繼電器作用的發(fā)揮，總得來(lái)說(shuō)，其大大降低了改線幾率，節(jié)約了成本[2]。

新產(chǎn)品的誕生基本都是為了方便人們的生活，PLC 的產(chǎn)生就源于美國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的要求，1960年后，美國(guó)一公司在對(duì)工廠的生產(chǎn)線進(jìn)行修整時(shí)發(fā)覺(jué)，要對(duì)一些電器的控制系統(tǒng)進(jìn)行修改是很困難的，其占地面積大、噪聲也不小、維護(hù)起來(lái)更是不方便，甚至連可靠性都不佳。于是在1969年，誕生了第一臺(tái)可編程控制器，隨后立刻就在該公司進(jìn)行試用，結(jié)果效果十分顯著。后來(lái)各國(guó)也爭(zhēng)先恐后地研發(fā)可編程控制器，我國(guó)自然也不例外。1974年，我國(guó)開(kāi)始研制可編程控制器；1977年，我國(guó)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。 起初只是想替代機(jī)械開(kāi)關(guān)這一裝置。 然而，自從1968年以來(lái)，PLC 的功能就漸漸地取代了繼電器控制板，如今的PLC 還有更多的功能，其現(xiàn)在不僅用于單一的過(guò)程控制而且已經(jīng)推廣到整個(gè)系統(tǒng)的操縱和監(jiān)測(cè)。 20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將二者結(jié)合起來(lái)，使其又增添了其他如運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有計(jì)算機(jī)特點(diǎn)的工業(yè)控制設(shè)備。

當(dāng)前，PLC 在世界上已普遍應(yīng)用于輕工業(yè)、重工業(yè)、環(huán)保、文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 使用情況有如下幾類(lèi)：

第一，模擬量控制。工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，有許多變量，如氣溫、壓力、速度等，因此就需要進(jìn)行預(yù)先模擬。為了處理這些變量，就要實(shí)現(xiàn)虛擬量和真實(shí)量之間的互相轉(zhuǎn)換。所以PLC 設(shè)備就會(huì)帶有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模塊，使其可用于模擬控制。

第二，運(yùn)動(dòng)控制。利用PLC 技術(shù)，可以進(jìn)行圓周或直線運(yùn)動(dòng)的操控。它起初被用來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)I/O 部分連接位置的傳感和執(zhí)行，如今被用在專(zhuān)門(mén)的運(yùn)動(dòng)控制部分。只要能使用PLC 的控制功能，大都也能使用運(yùn)動(dòng)控制的功能，該控制功能如今普遍用在各類(lèi)機(jī)器、升降機(jī)、機(jī)床等場(chǎng)景。

第三，過(guò)程控制。過(guò)程控制是指對(duì)氣溫、壓力、速度等虛擬變量的控制。作為一臺(tái)真正具有計(jì)算機(jī)特點(diǎn)的工業(yè)控制設(shè)備，PLC 能依靠編程各式各樣的控制算法程序，達(dá)到閉環(huán)控制的結(jié)果。一般的閉環(huán)控制使用較多的是PID 調(diào)節(jié)方法。較大的PLC 都以PID 為組成部分，現(xiàn)今許多微型PLC 控制器也已經(jīng)有了此部分。 PID 處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID 子程序。這一作用在冶金、化工等工業(yè)場(chǎng)景有非常普遍的使用。

第四，數(shù)據(jù)處理。目前的PLC 控制器具有數(shù)學(xué)計(jì)算（矩陣、函數(shù)、邏輯等）、數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)換，進(jìn)行位操作等，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)與存于存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行比較來(lái)完成相應(yīng)的控制操縱，也可以傳送到別的智能設(shè)備上，抑或?qū)⑺鼈兇蛴≈瞥杀砀?。一般只有大型控制系統(tǒng)會(huì)需要數(shù)據(jù)處理這一功能，如石油化工企業(yè)的大型裝置控制系統(tǒng)；還有一些過(guò)程控制，如造紙、食品工業(yè)中的控制系統(tǒng)。

第五，通信及聯(lián)網(wǎng)。PLC 通信包括PLC 內(nèi)部的相互通信及PLC 與其他智能裝置間的通信。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，其控制功能也越發(fā)強(qiáng)大，工廠自動(dòng)化也隨之迅猛發(fā)展，各PLC控制器的廠商都非常看重PLC 的通信功能，爭(zhēng)相發(fā)布各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最近出產(chǎn)的PLC 控制器都有通信的接口，使通信十分便利。

3 通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化變頻

通風(fēng)機(jī)的工作原理與透平壓縮機(jī)基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理；因此，需要人為輸入機(jī)械能來(lái)提高氣體的壓力并排送氣體。當(dāng)代的通風(fēng)機(jī)普遍用于建筑、冶金等工程的通風(fēng)、排塵和冷卻，也可用于家用及空氣調(diào)節(jié)，還有農(nóng)作五谷的烘干和選送等。

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是一種電力控制裝置，它應(yīng)用了變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，它可以改變電機(jī)工作的交流電源頻率，以此來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)。變頻器靠自身IGBT 的連接斷開(kāi)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的現(xiàn)實(shí)需求來(lái)供給其所需的電源電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、調(diào)節(jié)速度的目的，另外，變頻器還有眾多的保障功能，如常見(jiàn)的過(guò)載保護(hù)等，而且它是自動(dòng)控制的，只需要事先設(shè)置好參數(shù)即可。

通過(guò)PLC 技術(shù)能達(dá)到通風(fēng)機(jī)等各設(shè)備的自動(dòng)化，從而有利于大幅度降低工作過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，人們僅需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的控制，而某些原本需要操控的工作，如在加熱過(guò)程中加入其他溶劑等，現(xiàn)在可直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。同時(shí)，該技術(shù)還可以集中控制和監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)及其設(shè)備，達(dá)到多種功能一鍵操作和通風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速、高效發(fā)展。

4 PLC 技術(shù)在通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化變頻中的應(yīng)用

在通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用PLC 技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化變頻，通過(guò)提前編好的代碼，進(jìn)行控制和操作，指導(dǎo)通風(fēng)機(jī)的正常切換和故障的快速識(shí)別以及解決[3]；同時(shí)還能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和測(cè)試，自行建立數(shù)據(jù)庫(kù)，制出直觀曲線，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，即利用已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，對(duì)毀滅性的問(wèn)題事先發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行操控，確保通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行更加安全可靠。 將PLC 技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)，不單能更好地調(diào)節(jié)各個(gè)過(guò)程的速度，使之能更有效地保障多進(jìn)程的機(jī)械速度，而且機(jī)械控制又可以更好地提供一個(gè)安全有效的方式模擬，可以更加有利地促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的安全生產(chǎn)，所以在冶金工業(yè)中，PLC 控制是不可或缺的。

5 結(jié)語(yǔ)

PLC 在通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化變頻中的應(yīng)用表明了我們正在向以代碼作為“腦袋”的人工智能時(shí)代邁進(jìn)，將通過(guò)PLC 等其他相關(guān)技術(shù)編寫(xiě)的代碼，應(yīng)用于相關(guān)設(shè)備，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，保障人們的生活水平，可以說(shuō)是在工業(yè)自動(dòng)化道路上邁出了一大步，提高了生產(chǎn)效率以及現(xiàn)代化管理水平，帶來(lái)了良好的社會(huì)效益。