高培暢，楊培宏

（1.包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

隨著工業(yè)化的推進(jìn)，鋼鐵冶金行業(yè)亟需實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)、集約化管理，這對(duì)鋼鐵冶金行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)提出了更高的要求。PLC技術(shù)的變頻器自動(dòng)控制通過將多個(gè)PLC搭建在一起，形成功能性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的自動(dòng)控制系統(tǒng)，上位機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與管理，下位機(jī)接收上位機(jī)所傳達(dá)的指令，自動(dòng)、智能調(diào)整被控對(duì)象的參數(shù)與運(yùn)行情況，既實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的集中管理及分散控制，又降低機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的資源消耗，對(duì)于擴(kuò)大鋼鐵冶金企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益具有重要價(jià)值。

1 簡(jiǎn)述PLC技術(shù)與

PLC，即可編程控制器，作為一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，是計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等前沿顛覆性科技與傳統(tǒng)順序控制器融合的產(chǎn)物，主要作用為取代并優(yōu)化傳統(tǒng)的繼電器、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立一種具有柔性特征的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性、便捷性、抗干擾性、穩(wěn)定性、高效性，其在各行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。PLC技術(shù)的原理為循環(huán)掃描，在其運(yùn)行過程中，CPU根據(jù)用戶的控制需求編制相應(yīng)的控制程序，將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。隨后，根據(jù)用戶的指令順序執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。執(zhí)行結(jié)束后，重新跳轉(zhuǎn)至第一條指令，再次進(jìn)行掃描并重復(fù)上述運(yùn)行步驟。PLC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要依賴于軟硬件設(shè)備，硬件設(shè)備主要包括電源、微處理器CPU及存儲(chǔ)器、輸入及輸出組件等（具體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示）。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)框架圖

2 PLC技術(shù)的變頻器自動(dòng)控制的應(yīng)用

2.1 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制

在實(shí)際應(yīng)用過程中，PLC與變頻器之間的通訊協(xié)議通常有兩種方式，一是MOD-BUS通信協(xié)議；二是自由口的通信協(xié)議。技術(shù)人員需要根據(jù)變頻器的型號(hào)、實(shí)際的自動(dòng)控制需求等合理、科學(xué)的選擇通信協(xié)議。同時(shí)，技術(shù)人員可以運(yùn)用PLC與變頻器之間專業(yè)自動(dòng)化控制協(xié)定——OPC，可提供多連接端口，并與相應(yīng)的硬件裝置進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的傳輸。在該方面，西門子公司研發(fā)的S7-400和S7-300可以提供OPC服務(wù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備的數(shù)據(jù)互通與交換。但需要注意的是，雖然OPC能夠保證PLC與變頻器之間穩(wěn)定的通訊，但OPC的配置過程相對(duì)復(fù)雜，在安裝相應(yīng)的軟硬件后，技術(shù)人員需要重新啟動(dòng)PLC，并進(jìn)行組態(tài)通信。

2.2 冶金電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速PLC技術(shù)應(yīng)用

基于PLC技術(shù)的冶金電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、變頻器、電動(dòng)機(jī)及各類控件構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及觸摸屏連接。首先，需要分清各個(gè)號(hào)站的主次，保證各站的地址不重復(fù)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制；其次，需要特別設(shè)定以太模塊的地址，以支持組態(tài)軟件間的通信連接。同時(shí)，需要在硬件組態(tài)過程中完成網(wǎng)絡(luò)地址的分配，并按照硬件組態(tài)時(shí)地址的空間要求設(shè)計(jì)軟件的內(nèi)容。再次，關(guān)于硬件配置方面，要先擬定好通信的IP地址，再將其輸入進(jìn)中央處理器中。同時(shí)，在設(shè)備進(jìn)行組態(tài)時(shí)，還要把以太網(wǎng)模塊的遠(yuǎn)程IP的地址進(jìn)行重新設(shè)定，使其與通信的IP地址相同，繼而使PLC與MCGS的通信保持正常。最后，對(duì)系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備及路程進(jìn)行調(diào)試，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制調(diào)試是指按照原本設(shè)定的運(yùn)行速度參數(shù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用變頻器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并通過PID調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)設(shè)定值與反饋值之間的差異，繼而使電動(dòng)機(jī)能夠以穩(wěn)定的速度運(yùn)行。

2.3 變頻器端子與PLC連接的應(yīng)用

通信協(xié)議雖然能夠使PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)與變頻器之間形成較為穩(wěn)定的控制關(guān)系，但是，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、智能化控制。為此，鋼鐵冶金企業(yè)在PLC的實(shí)際應(yīng)用過程中，還需要增強(qiáng)變頻器端子與PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的連接，以保證PLC運(yùn)行中能夠通過上位機(jī)下達(dá)指令、下位機(jī)及時(shí)接收并響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備或系統(tǒng)的有效、靈活控制。當(dāng)前，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)與變頻器端子之間的連接主要包括三種方式：一是將PLC輸出模塊與變頻器模擬量端口連接，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)向變頻器模擬信號(hào)量端子輸入信號(hào)，以此來(lái)控制變頻器的輸出頻率，此種連接方式較為簡(jiǎn)單，但模塊價(jià)格較為昂貴；二是將PLC開關(guān)輸出短與變頻器開關(guān)量輸入端子連接，該方式簡(jiǎn)單且抗干擾性強(qiáng)，但只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速；三是將PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)與變頻器數(shù)字端子連接，此種方式操作簡(jiǎn)單、控制效果較好，并且成本較低。

2.4 物料傳送輥道系統(tǒng)應(yīng)用

基于PLC技術(shù)的物料傳送輥道系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的物料傳送輥道系統(tǒng)示意圖

基于PLC技術(shù)的變頻器自動(dòng)控制在物料傳送輥道系統(tǒng)中的應(yīng)用方法具體如下：首先，下料閉環(huán)控制。下圖中皮帶秤安裝在振動(dòng)集料機(jī)上，通過數(shù)字、電子稱重方式獲取、記錄物料的重量。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中重力傳感器可以及時(shí)獲取物料相關(guān)數(shù)據(jù)，如物料的重量、皮帶傳輸?shù)乃俣鹊龋偻ㄟ^特定的算法、公式、模型確定皮帶傳送的瞬時(shí)物料重量。其次，瞬時(shí)物料重量數(shù)據(jù)通過PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸給上位機(jī)，智能化生成皮帶傳輸速度、下料量等指令，并以電流的方式傳輸給下位機(jī)。最后，下位機(jī)響應(yīng)上位機(jī)指令，以變頻器調(diào)節(jié)給料機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，再將現(xiàn)場(chǎng)給料機(jī)轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息反饋給上位機(jī)，如果給料速度過快，上位機(jī)將再次下達(dá)指令，重復(fù)上述過程后保證給料、下料速度適中。圖3是基于PLC的物料傳送輥道變頻器控制系統(tǒng)。

3 PLC技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)的應(yīng)用前景

當(dāng)前，我國(guó)鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中普遍采用傳統(tǒng)的變頻調(diào)速方式，PLC技術(shù)主要應(yīng)用于關(guān)鍵性設(shè)備的自動(dòng)化控制中，因此，應(yīng)用效果不佳，未能充分發(fā)揮PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，鋼鐵冶金行業(yè)將朝著智能化發(fā)展，抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、操作便捷的PLC技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)中的應(yīng)用將更為廣泛。為此，鋼鐵冶金行業(yè)應(yīng)加大對(duì)PLC技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的引入，結(jié)合自身實(shí)際的生產(chǎn)情況與自動(dòng)化控制需求應(yīng)用PLC變頻器控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)、集約化管理、智能化控制。

圖3 基于PLC的物料傳送輥道變頻器自動(dòng)控制系統(tǒng)圖

4 結(jié)語(yǔ)

基于PLC技術(shù)的變頻器自動(dòng)控制可以通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化變頻控制，并可應(yīng)用在冶金電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、變頻器端子連接、物料傳送輥道系統(tǒng)中，能夠顯著提高鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量，并降低企業(yè)生產(chǎn)成本，繼而促進(jìn)企業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。