基于PLC的冶煉行業(yè)電氣綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

張富亮

摘要：鐵合金行業(yè)最為我國工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)用比較廣泛，涉及到生活的方方面面。為了保證冶煉行業(yè)的生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本就需要不斷進(jìn)行自動化的發(fā)展。電氣自動化應(yīng)用的意義重大，對此我們需要做出一定的研究與探討，使得電氣自動化更好地應(yīng)用于冶煉行業(yè)，為冶煉行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。鑒于此，本文主要分析基于PLC的冶煉行業(yè)電氣綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：PLC;冶煉行業(yè);電氣綜合自動化;設(shè)計

中圖分類號：TM712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1、引言

電氣自動化是冶煉行業(yè)的發(fā)展方向，能夠為冶煉行業(yè)帶來極大的便利。在一定的程度上可以提高效率，節(jié)約成本，包括人力和物力。電氣自動化也能夠適應(yīng)新型的聯(lián)合鏈?zhǔn)缴a(chǎn)，為此使用電氣自動化的技術(shù)能夠從各方面提高工作的效率。

2、冶煉行業(yè)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展歷程

1971 ～ 1980 年，我國引入所有的冶煉行業(yè)電氣自動化技術(shù)都是為了更好地契合冶煉行業(yè)企業(yè)的發(fā)展需要，都是從國外直接引入冶煉行業(yè)自動化控制系統(tǒng)，并投入生產(chǎn)使用，整個過程都是屬于基本的流程。發(fā)展到新時代，冶煉行業(yè)工程自動化軟件控制技術(shù)在使用的過程中存在諸多創(chuàng)新之處，不僅生產(chǎn)的工藝流程變得越來越多，而且也有更多的技術(shù)被融入研發(fā)的過程中。越來越多的化學(xué)技術(shù)和物理技術(shù)也被有效地引入研發(fā)的過程中，并在發(fā)展的過程中實現(xiàn)了歷史性的轉(zhuǎn)變。

3、鐵合金冶煉行業(yè)應(yīng)用電氣自動化技術(shù)的特點

3.1、鐵合金冶煉的整個流程比較復(fù)雜

鐵合金冶煉作為傳統(tǒng)的重工業(yè)，本身工作量巨大，加上整個流程的復(fù)雜程度，鐵合金冶煉行業(yè)進(jìn)行自動化技術(shù)的使用就需要進(jìn)行設(shè)計，使多個模塊之間的配合更加完善。包括對于溫度的控制，金屬熔化狀態(tài)的檢測、化學(xué)物質(zhì)的變化等等多個方面。流程相對比較復(fù)雜，做好整個流程的相關(guān)控制才能保證電氣自動化順利地進(jìn)行推廣。

3.2、鐵合金冶煉行業(yè)使用電氣自動化技術(shù)需要考慮的范圍比較廣

鐵合金冶煉行業(yè)在實際的操作過程中需要考慮物理和化學(xué)的相關(guān)反應(yīng)，兩者在穿插進(jìn)行，進(jìn)行相關(guān)的程序設(shè)計就需要對物理和化學(xué)有所了解，只有這樣才能控制好整個技術(shù)流程。

3.3、鐵合金冶煉行業(yè)的電器在自動化進(jìn)程中依賴于電氣技術(shù)

鐵合金冶煉行業(yè)的操作技術(shù)逐漸成熟，越來越多的企業(yè)開始進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，整體的發(fā)展程度比較高，這就要求我們進(jìn)一步做好技術(shù)的保障，對于技術(shù)的發(fā)展有進(jìn)一步的需求，而電氣自動化不論是成本上還是可行性都是極高的。需要我們利用好相關(guān)的技術(shù)，推動鐵合金冶煉技術(shù)的發(fā)展。

4、基于PLC的鐵合金冶煉電氣綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

4.1、硬件設(shè)計

（1）電氣監(jiān)控設(shè)備設(shè)計

考慮到冶煉行業(yè)在金屬加工中特殊的工作環(huán)境，其電氣監(jiān)控設(shè)備功能設(shè)計主要針對金屬加工過程中對整體電氣設(shè)備的電力監(jiān)測、記錄、電力數(shù)據(jù)采集等。

電氣監(jiān)控設(shè)備采用80486的32位處理器，考慮到安裝成本，與其他設(shè)備通過I/O站相連，與控制PF線的PLCS7-400之間相互通信。設(shè)備的CPU為西門子4122DP，存儲器容量72KB，掃描周期為0.2ms/100KB。由于所使用西門子S7系列PLC模板功耗較低，發(fā)熱少，因此可以省去原有冷卻風(fēng)箱，節(jié)約安裝空間。設(shè)備中遠(yuǎn)程站I/O分為高航計速模板、輸出模塊、模擬輸入模塊、I/O輸出模塊、電源模塊以及接口模塊組成。I/O板輸入與輸出電壓為DC24V，輸出后信號經(jīng)過光電隔離器放大，模擬量輸出至比例閥放大板上。輸入信號主要包括工作壓力、輸送機(jī)位置、系統(tǒng)工作速度等。主控臺終端采用觸摸式操作終端，設(shè)有RS-232與Profibus兩個結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)PC機(jī)對系統(tǒng)終端編程。

（2）數(shù)字信號處理器設(shè)計

系統(tǒng)中數(shù)字信號處理器主要功能為同期控制、調(diào)速控制、綜合保護(hù)的核心控制器。采用西門子32位DSP芯片TM320F2812，內(nèi)存128KB，資源豐富。事件管理模塊EVA與EVB內(nèi)存18KB，其中包括4個16位通用定時器與16個16位脈寬調(diào)制通道以及12位16通道A/D轉(zhuǎn)換器。通道最小轉(zhuǎn)換時間為80ns，支持兩個事件管理器同時觸發(fā)一個16通道輸入A/D輸入器或兩個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號處理中控制局部網(wǎng)絡(luò)增強模塊采用56個單獨變成復(fù)用輸入輸出口，外設(shè)接口設(shè)有一個MCBSP多緩沖串行接口、一個CAN總線接口、一個UART標(biāo)準(zhǔn)異步收發(fā)接口、一個SPI接口與兩個SDI串行接口，完全滿足系統(tǒng)運行需求。

4.2、軟件設(shè)計

（1）電力運行信息傳輸

在電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用背景下，其方案為根據(jù)傳輸?shù)刂罚瑢︻A(yù)先采集的狀態(tài)字節(jié)、數(shù)據(jù)字節(jié)以及數(shù)據(jù)長度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本文運用電氣自動化技術(shù)的可編程性，采取增量式的“接力傳輸”和“接力中斷”定義一種 MAC 增強機(jī)制，MAC 幀由源端被“接力”傳輸至目的端 ;對不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)，產(chǎn)生不同次數(shù)的“接力中斷”，為設(shè)計冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)提供多信道協(xié)作功能，避免單信道機(jī)制運行過程中存在的風(fēng)險，從而提高冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)的穩(wěn)定度。電氣信息的傳輸與處理是一個雙向傳輸?shù)牧鞒蹋梢酝ㄟ^檢查數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，判斷數(shù)據(jù)傳輸是否實現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)意味著能夠確保冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)自動化控制功能的實現(xiàn)。利用電氣自動化技術(shù)，使采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)傳輸掛鉤，對控制到的冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)電氣自動化情況進(jìn)行對應(yīng)的處理。

（2）電力運行數(shù)據(jù)同步模塊

在完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，利用電氣自動化技術(shù)的自動化控制功能進(jìn)行 PLC 程序編寫，在編程完畢后使用仿真器進(jìn)行模擬運行。

當(dāng)冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)工作方式在連續(xù)或單周期時，表示手動 / 自動 （ 連續(xù)或單周期 ） 工作方式。在不占用 CPU 資源情況下，通過電氣自動化技術(shù)并行控制冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)，保障電力系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行。

運用電氣自動化技術(shù)，可以利用計算機(jī)來對冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)的正常運行以及故障的出現(xiàn)進(jìn)行有效的監(jiān)督和判斷，一旦提前發(fā)現(xiàn)冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)潛在的風(fēng)險，就立刻采取相應(yīng)的措施。

在完成 PLC 程序編寫的基礎(chǔ)上，需要設(shè)計冶煉行業(yè)運行電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步模塊。

5、結(jié)束語

在未來，我國的冶金企業(yè)需要先培養(yǎng)相關(guān)的人才，探索出一條符合我國冶金行業(yè)自動化控制模式發(fā)展的道路。而冶金電氣自動化技術(shù)在發(fā)展的過程中，“集成控制水平有效地提高”、“? 冶金自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)質(zhì)服務(wù)”和“信息化程度有所提升”將會成為主要發(fā)展趨勢，總體而言，使用冶金電氣自動化技術(shù)將會獲得更高的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

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