探討粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐PLC控制

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及社會(huì)對冶金行業(yè)日益增長的需求，冶金行業(yè)的發(fā)展可以說面對著更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，也進(jìn)入了新的數(shù)字時(shí)代。在粉末冶金行業(yè)中，燒結(jié)是冶金過程非常重要的一道工序，其控制系統(tǒng)的可靠性會(huì)直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。PLC是對粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐進(jìn)行自動(dòng)化過程控制的系統(tǒng)。將PLC應(yīng)用于粉末冶金燒結(jié)爐的控制工作，是一項(xiàng)重要的革新方法。本文通過對PLC控制系統(tǒng)原理的簡要討論，以及在粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐中的應(yīng)用，探討了PLC的一些具體功能。

關(guān)鍵詞：粉末冶金；燒結(jié)爐；PLC

中圖分類號(hào)：TF37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）29-0288-02

引 言

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活對冶金工業(yè)的依賴可以說不言而喻。冶金行業(yè)為了提高產(chǎn)品品質(zhì)，控制生產(chǎn)成本，應(yīng)對激烈的市場競爭，需要尋求新的粉末冶金燒結(jié)爐的控制方式。PLC基于計(jì)算機(jī)，適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。原來采用的繼電器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁瑣，可靠性差，難以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，燒結(jié)產(chǎn)品廢品率甚至能達(dá)到三成，成本也比較龐大。實(shí)在難以適應(yīng)目前社會(huì)對冶金產(chǎn)品的要求。隨著各類傳感技術(shù)，數(shù)字信號(hào)技術(shù)等智能技術(shù)的發(fā)展，PLC使粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐迎來新的改革。

1 PLC基本工作原理

PLC全名為可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC。是一個(gè)能夠適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器，但與繼電裝置不同，其雖源發(fā)于繼電控制裝置，控制工作不是借助電路的物理過程進(jìn)行，而是需要將程序儲(chǔ)存在PLC內(nèi)存中，完成信息的進(jìn)出交替，從而完成控制。

PLC的設(shè)計(jì)是基于計(jì)算機(jī)，但與普通計(jì)算機(jī)并不相同。PLC需要考慮怎么能良好的適用于工業(yè)環(huán)境，需要使系統(tǒng)便于安裝，更加穩(wěn)定不受干擾，兼顧信息進(jìn)出的及時(shí)性和可靠性，甚至信息的相關(guān)應(yīng)用。和普通計(jì)算機(jī)的信息進(jìn)出有所不同，多只對信息本身進(jìn)行識(shí)別。

1.1 如何進(jìn)行控制

PLC實(shí)現(xiàn)控制手段，需要通過信息的流入流出變換，以及可靠的物理實(shí)現(xiàn)手段。

信息流入流出的變換需要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC在使用時(shí)不僅有用戶自行開發(fā)的程序，還有生產(chǎn)廠家的植入的初始程序系統(tǒng)。廠家植入的系統(tǒng)程序提供基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)，能夠保證PLC程序運(yùn)行的可靠性，并完成收到信號(hào)以及流動(dòng)信息變換的必要公共處理。用戶開發(fā)程序則是需要使用單位根據(jù)控制目的設(shè)計(jì)。

PLC的可靠物理實(shí)現(xiàn)需要依靠輸入輸出電路。這些輸入輸出電路都是經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)。在輸入信號(hào)的過程中，輸入電路會(huì)對信號(hào)進(jìn)行濾波，過濾掉高頻的干擾信號(hào)。輸入電路與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路并不在電路上相通，需要靠光耦元件建立二者聯(lián)系。輸出電路也是與計(jì)算機(jī)內(nèi)外部進(jìn)行隔離的，與其聯(lián)系需要靠光耦元件或輸出繼電器。針對輸出的信號(hào)，輸出電路對對其功率進(jìn)行放大，目的是使其能夠帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。輸入輸出電路數(shù)目比較多，PLC一般在輸入輸出點(diǎn)都會(huì)設(shè)有一個(gè)I/O電路。雖然數(shù)量多，但都是集成化電路，并不會(huì)占用太多空間體積。

輸入電路會(huì)起到監(jiān)視輸入情況的作用，并且系統(tǒng)帶有輸入暫存器，其監(jiān)視的電路狀況會(huì)被記錄到暫存器中，一般每個(gè)輸入點(diǎn)都會(huì)帶有這樣的存儲(chǔ)功能。同時(shí)，輸出電路也有搭配的輸出鎖存器，鎖存器信息需要由輸出電路進(jìn)行傳輸?shù)捷敵鳇c(diǎn)。

這里談到的兩個(gè)儲(chǔ)存器：輸入暫存器及輸出鎖存器，可以說是一種小寄存器，由PLC系統(tǒng)處理器連接到I/O口。運(yùn)行系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)寄存器通過PC總線，與PC內(nèi)存進(jìn)行信息交換，從而將寄存器的監(jiān)控信息傳遞到PLC的系統(tǒng)中，完成輸入和刷新。PLC內(nèi)的映射區(qū)就是用來專門存放此類輸入信息。映射區(qū)內(nèi)的每一對應(yīng)位，成1，則接點(diǎn)連通，成0，則接點(diǎn)斷開。這些點(diǎn)位就是輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。

同理，鎖存器在PLC內(nèi)存的映射區(qū)也是一樣。相應(yīng)的每個(gè)鎖存器都有內(nèi)存位與其對應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。輸出繼電器的狀態(tài)會(huì)連接反映到輸出鎖存器，相應(yīng)的輸出刷新等動(dòng)作都是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。所以，當(dāng)使用者進(jìn)行程序編寫時(shí)，輸入映射到輸出映射的變化是系統(tǒng)的數(shù)邏問題，而強(qiáng)大的PLC系統(tǒng)能夠比較容易的識(shí)別這種指令。

其實(shí)PLC實(shí)際應(yīng)用的情況和工作情況會(huì)比理論狀況要復(fù)雜多樣，其基本的理論依據(jù)還有一些問題，使用時(shí)，如果相關(guān)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑿畔⒌某鋈胱儞Q、輸入輸出電路的空間、時(shí)間關(guān)系還有物理實(shí)現(xiàn)信息處理，加上中斷的方式，可以作為一種研究的思路，這也就能夠容易弄清PLC的控制原理了。

2 燒結(jié)爐PLC應(yīng)用是系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)

燒結(jié)爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

粉末冶金燒結(jié)爐在冶金作用中主要對粉末冶金制品進(jìn)行還原性的結(jié)燒，整個(gè)燒結(jié)爐分布六個(gè)測溫點(diǎn)。爐內(nèi)通入氨分解氣作為還原性保護(hù)氣，冷卻帶通水循環(huán)。工作時(shí)主要通過燒結(jié)區(qū)溫度、推舟速度、氨分解氣體流量這幾個(gè)參數(shù)來進(jìn)行主要控制。燒結(jié)爐中的送料推料、提門出料等作業(yè)都用到液壓油缸，通過電磁閥進(jìn)行控制，行程限位采用限位開關(guān)。

過去的粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐是由工人手動(dòng)控制，采用間歇的運(yùn)行方式進(jìn)行，產(chǎn)量低產(chǎn)程長，產(chǎn)品做不完善，并且人為影響因素大。將PLC運(yùn)用后的控制系統(tǒng)，使用了上位監(jiān)視級(jí)和下位控制級(jí)像結(jié)合的運(yùn)行模式，這種模式能夠自動(dòng)運(yùn)行，操作人員只需要通過控制室就能夠?qū)φ麄€(gè)燒結(jié)爐的各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過PLC控制，燒結(jié)爐可以選擇實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程的全自動(dòng)生產(chǎn)，針對燒結(jié)爐的維修、校準(zhǔn)等工作也可以通過手動(dòng)完成。控制產(chǎn)品工藝的三大參數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)。針對安全方面，PLC能夠進(jìn)行智能溫度報(bào)警，防止作業(yè)失敗或者避免發(fā)生高溫意外。針對系統(tǒng)的過載危險(xiǎn)，也設(shè)有過載保護(hù)，自動(dòng)切斷電源；如果生產(chǎn)過程中產(chǎn)生行程錯(cuò)亂等情況，會(huì)出現(xiàn)行程報(bào)警。相對功能比較完善，安全系數(shù)較高。完善的PLC控制是控制品質(zhì)，提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)，并且能夠確燒結(jié)爐的正常工作。

3 PLC系統(tǒng)主要功能

3.1 自動(dòng)化生產(chǎn)監(jiān)控

系統(tǒng)的上位機(jī)能夠做到實(shí)時(shí)顯示燒結(jié)爐工作的現(xiàn)場狀態(tài)，監(jiān)控?zé)Y(jié)爐爐內(nèi)溫度、水循環(huán)冷卻狀態(tài)、分解氣體流量、推舟速度等各項(xiàng)主要狀態(tài)參數(shù)。所有各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)均通過人機(jī)交互界面顯示，并且可以依據(jù)制造要求設(shè)置參數(shù)，保證產(chǎn)品精度。系統(tǒng)控制精確且靈活，所有設(shè)置過的參數(shù)均保存在電腦中，可以根據(jù)不同的工藝品種選擇不同的參數(shù)組合，非常方便。

3.2 智能控制爐內(nèi)燒結(jié)溫度

粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐的溫控程序包括自由升溫、恒溫升溫、保溫、恒溫降溫和自由降溫這幾個(gè)溫控段。PLC系統(tǒng)對燒結(jié)區(qū)溫度的控制有自動(dòng)和人工兩個(gè)方法，溫度信號(hào)選用s、k分度熱電偶加補(bǔ)償導(dǎo)線再將信號(hào)傳至系統(tǒng)中心，進(jìn)行監(jiān)控處理。操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)就是通過監(jiān)控顯示上的控制器調(diào)節(jié)，將溫度調(diào)節(jié)到要求的范圍，溫度值變化均可以通過界面觀察監(jiān)控。自動(dòng)調(diào)節(jié)則需要操作人員在人機(jī)界面輸入指定溫度值，PLC系統(tǒng)就能自行調(diào)節(jié)到設(shè)定溫度，從而保證溫度穩(wěn)定。

3.3 氣體流量控制

在燒結(jié)爐中通入的氨分解氣體做燒結(jié)的還原性保護(hù)氣，針對氣體的流量控制可以通過PLC的自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。監(jiān)控界面上有控制爐內(nèi)閥門的手控器，操作人員可以直接進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)開閉度。或者在監(jiān)控界面上直接輸入氣體流量的確定值，系統(tǒng)會(huì)通過判斷實(shí)際氨分解氣體流量值與輸入值的差進(jìn)行計(jì)算識(shí)別，然后由系統(tǒng)進(jìn)行閥門的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.4 控制推舟速度

PLC針對燒結(jié)爐推舟速度的控制，也可以通過手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。控制界面中有電位器、有儀表顯示讀數(shù)，操作人員可以因此手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。或者通過監(jiān)控界面中的數(shù)據(jù)輸入功能，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，PLC會(huì)自動(dòng)計(jì)算差額，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)主控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證推舟速度運(yùn)行良好。

4 結(jié)束語

我國冶金行業(yè)的發(fā)展隨著近幾年國力的提升也面臨著新的挑戰(zhàn)和新的機(jī)遇。我們對于如何提高企業(yè)產(chǎn)量、為社會(huì)做出更多貢獻(xiàn)從來沒有停止過探索。現(xiàn)如今，我國信息技術(shù)建設(shè)發(fā)展馬不停蹄，冶金企業(yè)也必須跟上時(shí)代的發(fā)展。本文通過對PLC控制系統(tǒng)原理的簡要討論，以及在粉末冶金連續(xù)燒結(jié)爐中的應(yīng)用，探討了PLC的一些具體功能，希望為冶金技術(shù)的發(fā)展帶來新的參考。

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收稿日期：2018-9-8

作者簡介：倪明（1982-），男，機(jī)電工程師，本科，從事設(shè)備管理及設(shè)備技術(shù)改造工作。