PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中的應用

郝雅哲

摘 要：主要闡述PLC相關概念，結(jié)合實際情況進一步闡述PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中的重要性。為了全面提高應用效果，深入探討PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中應用的優(yōu)化措施。通過上述研究，將對國家經(jīng)濟的發(fā)展和基礎設施建設產(chǎn)生重要意義。確保在現(xiàn)代鋼鐵冶金企業(yè)中，電氣自動化控制技術的應用能夠成為提高生產(chǎn)效率、保障操作安全和優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵所在。

關鍵詞：可編程邏輯控制器；鋼鐵冶金；電氣自動化

APPLICATION OF PLC IN ELECTRICAL AUTOMATION CONTROL IN IRON AND STEEL METALLURGY ENTERPRISES

Hao Yazhe

（Hegang Xuansteel equipment Energy Department? ? Zhangjiakou? ? 075000，China）

Abstract：This paper mainly expounds the relevant concepts of PLC， combined with the actual situation to further elaborate the importance of PLC in the electrical automation control. In order to improve the application effect， the optimization measures of PLC in electrical automation control of iron and steel metallurgy enterprises are discussed. Through the above research， it will be of great significance to the development of national economy and infrastructure construction. To ensure that in modern iron and steel metallurgical enterprises， the application of electrical automation control technology can become the key to improve production efficiency， ensure operation safety and optimize product quality.

Key words： programmable logic controller; steel metallurgy; electrical automation

0? ? 前? ? 言

在鋼鐵冶金企業(yè)的應用中，PLC可實現(xiàn)多種功能，如溫度控制、壓力監(jiān)測、設備調(diào)度、物料配送等。通過PLC的編程能力，鋼鐵冶金企業(yè)能實現(xiàn)快速響應生產(chǎn)變化，提高生產(chǎn)效率和自動化水平，降低生產(chǎn)成本以及人力投入。

1? ? PLC簡介

PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）是一種專門用于控制工業(yè)自動化系統(tǒng)的電子設備，通過編程和邏輯運算來實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。PLC的發(fā)展可以追溯到20世紀60年代，起初主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，提高工業(yè)生產(chǎn)線的自動化水平。隨著計算機和通信技術的快速發(fā)展，PLC也不斷演進和改進，逐漸成為工業(yè)自動化領域中最為重要的控制設備。

PLC的基本組成包括電源、中央處理器（CPU）、存儲器以及輸入輸出模塊。電源提供電能供給，并確保PLC正常工作[1]。中央處理器是PLC的核心部件，負責執(zhí)行編程的指令，并進行邏輯運算和控制。存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)，包括RAM和EPROM等。輸入輸出模塊負責將傳感器和執(zhí)行器與PLC相連接，接收輸入信號并控制輸出信號，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。PLC的工作原理是基于“輸入-邏輯-輸出”或“I/O”的方式。通過輸入模塊，PLC接收外部傳感器的信號，例如溫度、壓力、位置等，然后經(jīng)過中央處理器的邏輯運算和判斷，根據(jù)預先編寫的控制程序和算法，決定輸出信號的狀態(tài)，控制執(zhí)行器如電機、閥門、傳送帶等的動作，實現(xiàn)對生產(chǎn)線的自動化控制。PLC可編程性使得用戶可以根據(jù)實際需求編寫控制程序，實現(xiàn)不同應用場景的靈活控制。同時還具有高速、高可靠性和可擴展性，可適應不同規(guī)模和復雜度的工業(yè)自動化系統(tǒng)。在此基礎上，其具備抗干擾能力強、抗震性好、壽命長等優(yōu)勢，適用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境。因此PLC可以用于機械加工、裝配線、流水線、化工、能源、食品加工等各個行業(yè)。通過PLC的控制，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率、降低成本、增加產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著科技的快速進步，PLC也在不斷創(chuàng)新和發(fā)展。近年來，基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術的智能化PLC得到越來越廣泛的應用，從2015年至2020年，我國PLC行業(yè)市場規(guī)模總體呈現(xiàn)上升趨勢，具體數(shù)據(jù)如表1，因此可以看出PLC行業(yè)市場巨大潛力，同時也可以得出，PLC性能十分強大，能夠進一步提升工業(yè)自動化的智能化水平，進而得到廣泛應用。

2? ? PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中的重要性

2.1? ? 過程控制

在鋼鐵冶金過程中，溫度、壓力、流量等參數(shù)對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能至關重要。通過PLC實現(xiàn)過程控制，可以精確地控制這些參數(shù)，確保產(chǎn)品的一致性。比如，在煉鋼過程中，通過PLC控制熔煉溫度，可以控制鋼材的力學性能，滿足不同規(guī)格的產(chǎn)品要求。鋼鐵冶金生產(chǎn)是一個復雜的過程，涉及多個工藝步驟，而借助PLC實現(xiàn)過程控制，可以自動化控制各種操作，減少人工干預和操作錯誤的可能性，提高生產(chǎn)效率[2]。同時，PLC還可以根據(jù)實時的生產(chǎn)情況，自動調(diào)整操作參數(shù)，實現(xiàn)最佳化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)能力。在此基礎上，PLC能夠確保設備按照安全規(guī)范進行操作，并及時處理潛在的安全隱患。比如，PLC可以監(jiān)測溫度傳感器的異常，進而快速發(fā)出警報，避免溫度超過安全范圍，防止事故發(fā)生。

2.2? ? 故障診斷和維護

鋼鐵冶金過程中，設備的故障可能會生產(chǎn)中斷，而PLC系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測設備的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障，并通過相關的報警指示燈向操作人員提供警示。而且PLC還能通過設定自動診斷程序，分析故障的根本原因，快速定位問題所在，為維修人員提供有效指導。同時，故障診斷對于鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)效率至關重要。通過PLC系統(tǒng)的自動診斷功能，可以在故障發(fā)生時迅速采取相應的措施，減少停機時間，并在最短時間內(nèi)恢復設備的正常運行，從而最大程度地減少生產(chǎn)損失。設定好運行模式后，PLC系統(tǒng)可以實現(xiàn)對設備性能的分析，使鋼鐵冶金企業(yè)可以制定合理的保養(yǎng)計劃，并采取預防性維護措施，及時調(diào)整設備的參數(shù)，延長設備的使用壽命，提高設備的可靠性。

2.3? ? 數(shù)據(jù)采集和處理

通過PLC系統(tǒng)，可以將采集的數(shù)據(jù)進行存儲，這樣不僅可以保留歷史數(shù)據(jù)，還可以為企業(yè)的決策提供有力支持，從而快速找出問題的根源以及改進的方向。而且數(shù)據(jù)備份可以防止數(shù)據(jù)丟失，使企業(yè)能夠隨時獲取關鍵的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。而通過對歷史數(shù)據(jù)進行分析，可以確定生產(chǎn)過程中的效率低下的環(huán)節(jié)，并采取相應的優(yōu)化措施，提高生產(chǎn)效率。在此基礎上，PLC系統(tǒng)可以與企業(yè)的ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，使數(shù)據(jù)可以在不同部門和崗位之間進行傳遞，提高信息的傳遞效率，幫助企業(yè)實時了解生產(chǎn)情況，做出迅速調(diào)整。

2.4? ? 靈活性和可擴展性

鋼鐵冶金行業(yè)處于競爭激烈的市場環(huán)境中，市場需求常常發(fā)生變化，而PLC系統(tǒng)可以快速響應市場需求的變化，根據(jù)新的產(chǎn)品規(guī)格以及質(zhì)量要求進行調(diào)整，使企業(yè)具備快速適應生產(chǎn)需求的能力，提高生產(chǎn)線的靈活性。隨著科技的發(fā)展和行業(yè)的進步，鋼鐵冶金企業(yè)需要對設備和工藝進行升級，在此背景下，PLC系統(tǒng)可以方便地與新設備進行集成，支持新工藝的改進，有效提升生產(chǎn)效率，適應市場的不斷變化。而且得益于技術的進步，新的控制技術和功能不斷涌現(xiàn)，而PLC系統(tǒng)可以快速集成先進技術，比如人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等，為企業(yè)提供更強的控制能力，進一步提升生產(chǎn)效益。

3? ? PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中應用的優(yōu)化措施

3.1? ? 優(yōu)化IO配置

在項目規(guī)劃和設計階段，充分了解鋼鐵冶金過程中各個系統(tǒng)的IO需求，確定所需的輸入輸出模塊類型和數(shù)量，避免資源不足的情況。將相關的模塊歸類放置，避免跨領域的IO模塊混雜在一起。將邏輯上相同的信號通過內(nèi)部或外部組合，減少IO的數(shù)量。具體可以將多個傳感器信號可以通過信號復用或多路復用器進行合并，使得一個輸入模塊可以接收多個信號。對于不同時刻需要的信號，可以采用時間共享的方式共用同一個IO模塊，進而充分利用IO模塊的資源。在調(diào)試環(huán)節(jié)，針對IO配置進行充分的測試和優(yōu)化。檢查IO接線是否正確、穩(wěn)定，確保信號的準確傳輸和采集。優(yōu)化采樣周期、閾值設定以及信號濾波等參數(shù)，提高系統(tǒng)的響應性。

3.2? ? 編程規(guī)范化

采用結(jié)構(gòu)化的編程方法，如使用模塊化、層次化的程序設計和編程。將任務獨立為一個子程序，使得程序邏輯清晰，易于進行維護。制定良好的命名規(guī)則和標準，采用有意義的變量名、函數(shù)名和模塊名，能夠直觀地表達其功能，減少后續(xù)維護時所產(chǎn)生的困惑。在關鍵代碼和算法處添加注釋，解釋代碼的作用、原理和邏輯。并編寫清晰、詳細的文檔，記錄程序的設計思路、各模塊的功能以及輸入輸出的定義等信息，使新人能夠快速上手維護程序。針對具有通用性的功能或算法，將其封裝成可重復使用的函數(shù)或模塊，減少重復編寫類似代碼的工作量，提高編程效率。通過單元測試、集成測試和模擬環(huán)境等手段驗證程序的正確性，提高程序的質(zhì)量。

3.3? ? 數(shù)據(jù)采集與處理

根據(jù)鋼鐵冶金過程實際要求，確定需要監(jiān)測的參數(shù)，包括溫度、壓力、流量、電流等。

同時根據(jù)實際需求，優(yōu)化數(shù)據(jù)采樣周期。對于需要快速監(jiān)測和控制的參數(shù)，可以采用較短的采樣周期，以便及時響應[3]。而對于較為緩慢變化的參數(shù)，可以采用較長的采樣周期，減少計算負荷。采集到的原始數(shù)據(jù)，應用濾波算法進行處理，以消除因噪聲和干擾引起的錯亂。其中常用的濾波方法包括均值濾波、中值濾波和低通濾波等，進而有利于后續(xù)算法和控制的準確性。而且還可以利用數(shù)據(jù)分析方法，發(fā)現(xiàn)隱含的統(tǒng)計關系、趨勢以及異常現(xiàn)象，為冶金過程的優(yōu)化提供參考。在此基礎上，應當選擇PID控制、模糊控制或模型預測控制等方式，調(diào)整控制算法的參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后應當合理選擇數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)的安全性。

3.4? ? 網(wǎng)絡通信可靠性優(yōu)化

合理設計網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，考慮網(wǎng)絡設備的互聯(lián)方式和布局，采用冗余路徑和備份設備，減少單點故障的影響，提高通信的可靠性。結(jié)合當下互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展，將PLC系統(tǒng)與先進通信技術相融合，在提高網(wǎng)絡通信可靠性的同時，大幅度改善網(wǎng)絡通信效率，具體如圖2所示。當然還需要考慮網(wǎng)絡設備的性能、可靠性指標以及適應環(huán)境的能力，在滿足需求的同時提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡通信。除了硬件方面，軟件方面也需要配置防火墻、入侵檢測以及入侵防御系統(tǒng)，加密敏感數(shù)據(jù)，確保網(wǎng)絡通信的安全性。同時也需要采取多種措施進行網(wǎng)絡帶寬管理，根據(jù)不同應用程序的需求，設置合適的帶寬限制，避免網(wǎng)絡擁塞以及數(shù)據(jù)丟失，改善通信的穩(wěn)定性。為了進一步提高網(wǎng)絡穩(wěn)定性，應當采取多種措施監(jiān)控網(wǎng)絡設備的狀態(tài)、流量以及錯誤情況，快速發(fā)現(xiàn)潛在的通信故障，進而采取相應的措施進行修復。在此基礎上，應當結(jié)合鋼鐵冶金實際工作需求，選擇合適的通信協(xié)議，并優(yōu)化協(xié)議的配置參數(shù)，提高通信的穩(wěn)定性。最后，相關部門需要確保系統(tǒng)具有自動恢復機制，從而應對通信鏈路中斷的情況。

4? ? 結(jié)? ? 論

綜上所述，在鋼鐵冶金企業(yè)中，PLC在電氣自動化控制中發(fā)揮著重要的作用。通過PLC技術，鋼鐵企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)線的精確控制。而且PLC系統(tǒng)能夠自動化執(zhí)行復雜的操作，并且具有高度可靠性，這對于提高鋼鐵生產(chǎn)效率和質(zhì)量至關重要。在此基礎上，PLC的廣泛應用使得鋼鐵冶金企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電能控制、設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和管理。隨著技術的不斷進步，PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動化控制中的應用發(fā)展趨勢將以應用范圍擴大、數(shù)據(jù)采集和分析、網(wǎng)絡化和智能化應用為主導，上述趨勢將推動鋼鐵冶金企業(yè)實現(xiàn)更高效、更智能的生產(chǎn)過程，顯著提升產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻

[1]? ? 徐曉佳.冶金智能制造中的工業(yè)自動化系統(tǒng)設計[J].冶金與材料，2023，43（11）：163-165.

[2]? ? 周軍.軋鋼電氣自動化中數(shù)字技術運用研究[J].冶金與材料，2023，43（10）：72-74.

[3]? ? 張佳興.基于PLC在冶金工業(yè)自動化中的應用研究[J].有色礦冶，2023，39（5）：41-43.