高培暢，楊培宏

（1.包頭鐵道職業(yè)技術學院，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.內(nèi)蒙古科技大學，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

隨著工業(yè)化的推進，鋼鐵冶金行業(yè)亟需實現(xiàn)智能化生產(chǎn)、集約化管理，這對鋼鐵冶金行業(yè)自動控制技術提出了更高的要求。PLC技術的變頻器自動控制通過將多個PLC搭建在一起，形成功能性強、穩(wěn)定性高的自動控制系統(tǒng)，上位機對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控與管理，下位機接收上位機所傳達的指令，自動、智能調(diào)整被控對象的參數(shù)與運行情況，既實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的集中管理及分散控制，又降低機械設備運行中的資源消耗，對于擴大鋼鐵冶金企業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益具有重要價值。

1 簡述PLC技術與

PLC，即可編程控制器，作為一種新型的工業(yè)自動化控制技術，是計算機、通信、自動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程自動化控制網(wǎng)絡及系統(tǒng)，具有極強的適應性、便捷性、抗干擾性、穩(wěn)定性、高效性，其在各行業(yè)中具有廣闊的應用前景。PLC技術的原理為循環(huán)掃描，在其運行過程中，CPU根據(jù)用戶的控制需求編制相應的控制程序，將其存儲在存儲器中。隨后，根據(jù)用戶的指令順序執(zhí)行存儲器中的程序。執(zhí)行結(jié)束后，重新跳轉(zhuǎn)至第一條指令，再次進行掃描并重復上述運行步驟。PLC技術的實現(xiàn)需要依賴于軟硬件設備，硬件設備主要包括電源、微處理器CPU及存儲器、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技術的變頻器自動控制的應用

2.1 通信協(xié)議實現(xiàn)控制

在實際應用過程中，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。技術人員需要根據(jù)變頻器的型號、實際的自動控制需求等合理、科學的選擇通信協(xié)議。同時，技術人員可以運用PLC與變頻器之間專業(yè)自動化控制協(xié)定——OPC，可提供多連接端口，并與相應的硬件裝置進行連接實現(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服務接口，能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設備的數(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的配置過程相對復雜，在安裝相應的軟硬件后，技術人員需要重新啟動PLC，并進行組態(tài)通信。

2.2 冶金電動機變頻調(diào)速PLC技術應用

基于PLC技術的冶金電動機變頻調(diào)速自動化控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、變頻器、電動機及各類控件構(gòu)成，現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及觸摸屏連接。首先，需要分清各個號站的主次，保證各站的地址不重復，以實現(xiàn)精準控制；其次，需要特別設定以太模塊的地址，以支持組態(tài)軟件間的通信連接。同時，需要在硬件組態(tài)過程中完成網(wǎng)絡地址的分配，并按照硬件組態(tài)時地址的空間要求設計軟件的內(nèi)容。再次，關于硬件配置方面，要先擬定好通信的IP地址，再將其輸入進中央處理器中。同時，在設備進行組態(tài)時，還要把以太網(wǎng)模塊的遠程IP的地址進行重新設定，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，對系統(tǒng)中相關設備及路程進行調(diào)試，電動機變頻調(diào)速控制調(diào)試是指按照原本設定的運行速度參數(shù)，對電動機速度進行調(diào)節(jié)，利用變頻器控制電機的正反轉(zhuǎn)，并通過PID調(diào)節(jié)電動機設定值與反饋值之間的差異，繼而使電動機能夠以穩(wěn)定的速度運行。

2.3 變頻器端子與PLC連接的應用

通信協(xié)議雖然能夠使PLC自動控制系統(tǒng)與變頻器之間形成較為穩(wěn)定的控制關系，但是，無法實現(xiàn)精準化、智能化控制。為此，鋼鐵冶金企業(yè)在PLC的實際應用過程中，還需要增強變頻器端子與PLC自動控制系統(tǒng)之間的連接，以保證PLC運行中能夠通過上位機下達指令、下位機及時接收并響應實現(xiàn)對生產(chǎn)設備或系統(tǒng)的有效、靈活控制。當前，PLC自動控制系統(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自動控制系統(tǒng)向變頻器模擬信號量端子輸入信號，以此來控制變頻器的輸出頻率，此種連接方式較為簡單，但模塊價格較為昂貴；二是將PLC開關輸出短與變頻器開關量輸入端子連接，該方式簡單且抗干擾性強，但只能進行有級調(diào)速；三是將PLC自動控制系統(tǒng)與變頻器數(shù)字端子連接，此種方式操作簡單、控制效果較好，并且成本較低。

2.4 物料傳送輥道系統(tǒng)應用

基于PLC技術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技術的變頻器自動控制在物料傳送輥道系統(tǒng)中的應用方法具體如下：首先，下料閉環(huán)控制。下圖中皮帶秤安裝在振動集料機上，通過數(shù)字、電子稱重方式獲取、記錄物料的重量。PLC自動控制系統(tǒng)中重力傳感器可以及時獲取物料相關數(shù)據(jù)，如物料的重量、皮帶傳輸?shù)乃俣鹊?，再通過特定的算法、公式、模型確定皮帶傳送的瞬時物料重量。其次，瞬時物料重量數(shù)據(jù)通過PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸給上位機，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。最后，下位機響應上位機指令，以變頻器調(diào)節(jié)給料機的轉(zhuǎn)動速度，再將現(xiàn)場給料機轉(zhuǎn)速等相關信息反饋給上位機，如果給料速度過快，上位機將再次下達指令，重復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技術在鋼鐵冶金行業(yè)的應用前景

當前，我國鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中普遍采用傳統(tǒng)的變頻調(diào)速方式，PLC技術主要應用于關鍵性設備的自動化控制中，因此，應用效果不佳，未能充分發(fā)揮PLC技術的優(yōu)勢。未來，鋼鐵冶金行業(yè)將朝著智能化發(fā)展，抗干擾性強、穩(wěn)定性高、操作便捷的PLC技術在鋼鐵冶金行業(yè)中的應用將更為廣泛。為此，鋼鐵冶金行業(yè)應加大對PLC技術及相關設備的引入，結(jié)合自身實際的生產(chǎn)情況與自動化控制需求應用PLC變頻器控制技術，以實現(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控制系統(tǒng)圖

4 結(jié)語

基于PLC技術的變頻器自動控制可以通過通信協(xié)議實現(xiàn)自動化變頻控制，并可應用在冶金電動機變頻調(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，繼而促進企業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。