步序寄存器與比較指令在工業(yè)自動控制中的應(yīng)用

王進(jìn) 相廣順 王晨

摘要：步序控制在自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用較廣。現(xiàn)提出了一種用步序寄存器與比較指令來實(shí)現(xiàn)自動步序控制的方法，該方法是基于常規(guī)PLC控制的一種優(yōu)化控制方法。同時結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，介紹了某鋼廠燒結(jié)機(jī)脫硝聲波吹灰器的自動步序控制程序及應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：自動步序控制;步序寄存器;比較指令;聲波吹灰器

0 引言

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的控制裝置或控制器，使被控對象的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行[1]。通常自動控制系統(tǒng)由被控對象和自動控制裝置等組成，在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入信號的控制;閉環(huán)控制系統(tǒng)則是建立在反饋原理的基礎(chǔ)上，利用輸出量與期望值的偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制。精確的自動控制可以使系統(tǒng)運(yùn)行更快速、更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確，并提高生產(chǎn)效率。

1 常見的自動控制方法對比

目前工程上應(yīng)用較多的自動控制方法及其特點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）傳統(tǒng)繼電接觸器控制法。用繼電器、開關(guān)限位等的觸點(diǎn)硬接線進(jìn)行步序間的連鎖控制，所使用的硬件繼電器和接觸器數(shù)量較多，觸頭易磨損，觸頭長時間吸合易過熱粘連;線路較復(fù)雜，線頭易老化斷線，回路改線難度較大;運(yùn)行時不便于遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要電氣人員經(jīng)常巡檢，且穩(wěn)定性和可靠性較差。

（2）常規(guī)PLC位邏輯控制法。使用大量變量進(jìn)行步序間的連鎖控制，變量多、連鎖邏輯復(fù)雜，連鎖信號過多易導(dǎo)致步序錯亂和中斷;程序段冗長，占用內(nèi)存大，掃描周期長;程序修改難度大，增加或者減少步數(shù)都需相應(yīng)改動大量連鎖程序，一旦因修改出錯或者外部連鎖信號故障，整個步序控制系統(tǒng)就可能癱瘓。常規(guī)PLC位邏輯控制法使得系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)維較為麻煩。

（3）步序寄存器與比較指令控制法。該方法是用步序寄存器內(nèi)存儲的步數(shù)與比較指令里的被比較的步序數(shù)來判斷要執(zhí)行的步序。步序間相互獨(dú)立，無須做連鎖;程序修改容易，可靈活增加或者減少步數(shù);硬接線線路簡單，相互獨(dú)立不交叉，故障率較低;程序簡短，故障檢修時易于梳理和排查問題[2]。

2 步序寄存器與比較指令控制法的應(yīng)用原理

首先，將控制過程按工藝邏輯順序和任務(wù)類別分解成若干個分項(xiàng)目，再把每個分項(xiàng)目看成步序控制中的每一步，按工藝順序一步一步執(zhí)行。這樣就可以建立起一個步序控制的方案模型，即用步序寄存器來存儲累計(jì)的總步數(shù)，步序寄存器為自定義的16位整數(shù)數(shù)據(jù)類型，如DB204.DBW0，初始值為0，再將比較指令里的被比較的數(shù)值定義為步序數(shù)，比較指令為PLC指令庫內(nèi)的功能指令，選擇16位整數(shù)等于比較指令，其數(shù)據(jù)類型應(yīng)與步序寄存器的數(shù)據(jù)類型一致。

其次，用步序寄存器內(nèi)存儲的累計(jì)總步數(shù)與比較指令里的被比較的步序數(shù)作比較，當(dāng)步序寄存器內(nèi)存儲的累計(jì)總步數(shù)等于比較指令里的被比較的步序數(shù)N時，就執(zhí)行第N步相應(yīng)的程序段。自動步序控制開始時，程序自動給步序寄存器初始賦值或循環(huán)移步賦值為1，開始第1步工作;第1步執(zhí)行完畢以后，當(dāng)移步條件滿足后自動給步序寄存器加1累計(jì)為2，開始第2步工作;第2步執(zhí)行完畢以后，當(dāng)移步條件滿足后自動給步序寄存器加1累計(jì)為3，開始第3步工作;依此類推，直到最后一步。最后一步結(jié)束以后，當(dāng)循環(huán)移步條件滿足后自動給步序寄存器賦值為1，重新開始下一周期的第1步工作，依此類推，循環(huán)自動步序控制。

最后，自動步序控制結(jié)束時，程序自動給步序寄存器賦值為0。

3 應(yīng)用案例

以我司在江蘇某鋼廠燒結(jié)機(jī)脫硝反應(yīng)器項(xiàng)目中使用的聲波吹灰器為例，其正常工作時通過控制氣管上的脈沖電磁閥來實(shí)現(xiàn)聲波吹灰，要求脈沖電磁閥按自動步序控制工作，吹灰時間5 s，吹灰間隔時間2 min，吹灰周期間隔時間5 min，模塊選用西門子S7-300 PLC[3]。

自動控制系統(tǒng)的變量如表1所示，控制程序如圖1所示。

4 應(yīng)用效果說明

本項(xiàng)目中聲波吹灰器采用了步序寄存器與比較指令控制法后，步序判斷條件簡單，無須做連鎖，步序間相互獨(dú)立，不會因連鎖信號過多而導(dǎo)致步序錯亂和中斷，控制準(zhǔn)確性和運(yùn)行穩(wěn)定性較好。聲波電磁閥動作快速，程序簡單易改，可靈活增加或者減少步數(shù)，使用靈敏度和可靠性較高。正常工作時，聲波吹灰器一直在進(jìn)行自動步序循環(huán)工作，無須人為手動操作，投用至今沒有發(fā)生過硬件設(shè)備故障和程序運(yùn)行異常的情況，使用效果良好。

5 結(jié)語

使用步序寄存器與比較指令實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動步序控制，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）中間變量較少，程序簡短工整，步序間相互獨(dú)立，無須做連鎖，故障檢修時易于梳理程序、排查問題;

（2）程序易修改，可靈活增加或減少步數(shù);

（3）調(diào)試時可以直接在程序中模擬給定步序寄存器步數(shù)進(jìn)行打點(diǎn)調(diào)試，簡單便捷;

（4）應(yīng)用范圍廣，在燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝布袋除塵項(xiàng)目上，聲波吹灰器、耙式吹灰器和布袋除塵氣室脈沖閥等電氣設(shè)備都可以使用步序寄存器與比較指令來實(shí)現(xiàn)自動步序控制，區(qū)別只是步序移步條件的不同。

綜上所述，步序寄存器與比較指令在自動步序控制中的應(yīng)用是一種非常便捷、有效的控制方法。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 謝富珍.PLC寄存器移位指令實(shí)現(xiàn)順序控制[J].無線互聯(lián)科技，2013（7）：119.

[2] 向曉漢.西門子WinCC V7.3組態(tài)軟件完全精通教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[3] 劉華波，何文雪，王雪.西門子S7-300/400 PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

收稿日期：2020-11-27

作者簡介：王進(jìn)（1987—），男，陜西西安人，助理工程師，研究方向：電氣自動化。