馮貝芬

摘 要：分析PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及PLC控制系統(tǒng)的硬件軟件組成來分析其在棒材軋線控制系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。在PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究其硬件可靠性、軟件可靠性等等，為進(jìn)一步推動PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；棒材軋線控制系統(tǒng)；可靠性研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.027

PLC控制系統(tǒng)是自動化的棒材軋線系統(tǒng)，有著極其廣泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)的全部功能都集中PLC上，有效推動了現(xiàn)代化冶金工業(yè)實(shí)現(xiàn)分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化的發(fā)展。對于棒材軋線工作來說，復(fù)雜的工作環(huán)境，強(qiáng)烈的電磁噪音是其主要的組成部分。因此，棒材軋線對系統(tǒng)可靠性有著極高的要求。分析現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)的硬件軟件結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步分析其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)能夠更好地了解其所存在的不足，并為未來對其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化提供參考。

1 PLC控制系統(tǒng)概述

（1）簡介。PLC控制系統(tǒng)時(shí)自動化棒材軋線冶金系統(tǒng)，其主要實(shí)現(xiàn)棒材軋線的基礎(chǔ)自動化以及過程自動化。PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對各種軋制速度的設(shè)定，以及各種速度級聯(lián)的調(diào)節(jié)、微張力的控制等等。通過應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，棒材軋線的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率得到顯著的提升。許多年來PLC控制系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的應(yīng)用并且創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）工藝設(shè)備。在硬件組成上，PLC控制系統(tǒng)往往選擇GE90-30 PLC可編程邏輯控制器，這種設(shè)備能夠憑借簡單安裝配置以及可編程環(huán)境實(shí)現(xiàn)對流水線的繼承控制。這一套PLC控制系統(tǒng)有著極高的性價(jià)比。在GE90-30 PLC可編程邏輯控制器的協(xié)調(diào)下，操作臺、主軋線設(shè)備、冷床、設(shè)備控制、加熱爐、軋機(jī)換錕等等輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的棒材軋線集合。

（3）網(wǎng)絡(luò)組成。PLC控制系統(tǒng)主要通過三種網(wǎng)絡(luò)方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制與數(shù)據(jù)采集。其中傳動控制由DP網(wǎng)連接，上位機(jī)與控制芯片之間由Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。各個(gè)操作臺則是由雙網(wǎng)冗余的Genius的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

（4）軟件組成。由于棒材軋線有著眾多的控制系統(tǒng)，因此其輸入與輸出眾多，控制結(jié)構(gòu)與功能也相對復(fù)雜，在進(jìn)行軟件配置時(shí)，往往是針對不同體系的機(jī)器進(jìn)行模塊集成配置，主要的模塊部分包括信號采集、程序處理、信號輸出等等部分。另外，為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提升，PLC控制體系中還包括一部分提高系統(tǒng)可靠性與運(yùn)行效率的軟件。軟件能夠分別實(shí)現(xiàn)參數(shù)控制命令傳遞、遠(yuǎn)程操作命令傳送、系統(tǒng)的自我診斷、現(xiàn)場設(shè)備的保護(hù)等等。

2 可靠性研究

（1）硬件可靠性。PLC控制系統(tǒng)是為工業(yè)控制所進(jìn)行的設(shè)計(jì)，因此，其電源環(huán)境、電磁環(huán)境和PLC環(huán)境，都有著專門的可靠性保障。針對其電源環(huán)境、電源電磁干擾抑制棒的使用能夠有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線功率的控制，保證其中諧波電流和諧波電壓對電源波形產(chǎn)生的影響。另外，抑制電網(wǎng)中高次諧波所使用的多項(xiàng)整流技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)電源質(zhì)量控制，并保證相關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對于外部電磁環(huán)境，PLC控制系統(tǒng)的電纜、信號線、電機(jī)等等都采用特殊的設(shè)計(jì)，在施工現(xiàn)場中，注意對線材進(jìn)行接地設(shè)計(jì)能夠有效抑制電磁干擾?，F(xiàn)代企業(yè)多數(shù)為鋼結(jié)構(gòu)廠房，接地設(shè)計(jì)需要進(jìn)行特殊配置，另外為保證PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，接地點(diǎn)要盡量靠近PLC控制系統(tǒng)所在位置，并使得接地點(diǎn)與建筑物保持10到15米的距離。為保證硬件不受特殊情況損壞，設(shè)置硬件互鎖與連鎖功能。硬件自我控制系統(tǒng)中，安裝正反粒子計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的自鎖和互鎖，防止設(shè)備事故發(fā)生。

（2）軟件可靠性。軟件系統(tǒng)可靠性主要是通過在編程平臺上進(jìn)行更好的程序設(shè)計(jì)完善來實(shí)現(xiàn)的，一般影響軟件可靠性的因素主要有軟件本身，因此在進(jìn)行軟件編寫時(shí)，要針對軟件本身缺陷進(jìn)行著重設(shè)計(jì)。其次，除了軟件本身以外，系統(tǒng)輸入和信號采集的錯(cuò)誤，也會導(dǎo)致軟件運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。另外，存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸失誤，也會導(dǎo)致軟件錯(cuò)誤的出現(xiàn)，針對軟件容錯(cuò)性、魯棒性、抗干擾能力和故障診斷能力進(jìn)行加強(qiáng)，能夠有效提升軟件的可靠性。為保證軟件容錯(cuò)性，設(shè)置軟件備份，并對重要部位諸如CPU模塊、交互界面等等進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，能夠有效保證軟件本身容錯(cuò)性。提高魯棒性是指在軟件出現(xiàn)違反規(guī)范行為情況時(shí)能夠保證程序的穩(wěn)定運(yùn)行。因此需要在軟件出現(xiàn)內(nèi)部預(yù)算錯(cuò)誤死循環(huán)、邏輯錯(cuò)誤等等問題時(shí)，能夠自動的進(jìn)行變量賦值，PLC報(bào)警和動作跳出等等。通過加強(qiáng)軟件魯棒性能夠進(jìn)一步保證軟件的軟件使用。

（3）網(wǎng)絡(luò)可靠性。對于PLC控制系統(tǒng)來說，其通信模塊容易發(fā)生故障，設(shè)置雙系統(tǒng)能夠有效解決通信故障的發(fā)生，當(dāng)A網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動切換到B網(wǎng)，可以保證數(shù)據(jù)的正常傳送，以進(jìn)一步保證程序的正常運(yùn)行，由于數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，會影響整個(gè)系統(tǒng)的命令傳輸和操作轉(zhuǎn)換，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合適的格式轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，以保證數(shù)據(jù)在傳輸前傳出后，能夠準(zhǔn)確無誤。

3 模擬軋鋼對于可靠性的提升

模擬軋鋼環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠有效保證整個(gè)PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定。一般模擬軋鋼分為兩種類型，首先是純軟件的模擬，其次是實(shí)際生產(chǎn)線的模擬。兩種模擬方法能夠分別實(shí)現(xiàn)對于軟件系統(tǒng)的檢測和對硬件、軟件系統(tǒng)雙系統(tǒng)的檢測。純軟件形式的模擬式應(yīng)用數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)棒材軋線的可靠性模擬。若軟件模擬通過，則基本保證整個(gè)系統(tǒng)無錯(cuò)誤。第二種方法能夠更加細(xì)致，真切進(jìn)行硬件系統(tǒng)的檢測，能夠更有效保證硬件設(shè)備在應(yīng)用時(shí)不出現(xiàn)問題。

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代自動化的棒材軋線冶金系統(tǒng)對現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展有著極其重要的意義。由于棒材軋線冶金環(huán)境相對復(fù)雜，所以其對于可靠性有著極高的要求。分析PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與硬件軟件組成，來更好地了解到影響其可靠性的因素，是提升其可靠性的基礎(chǔ)。其可靠性的研究也應(yīng)從其所具有的硬件軟件配置來分析。不同冶金廠本身有著諸多細(xì)節(jié)上的差異，所以要想有效提升其可靠性就要針對整體的影響因素來進(jìn)行解決。諸如硬件電磁干擾、軟件錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤等等。要想進(jìn)一步保證PLC控制系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化模擬能夠更準(zhǔn)確地對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測分析，并保證硬件系統(tǒng)故障能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]房新亮.棒材軋線控制系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性分析[J].可編程控制器與工廠自動化，2010（04）：21-23.endprint