郝雅哲

摘 要：主要闡述PLC相關(guān)概念，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)一步闡述PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的重要性。為了全面提高應(yīng)用效果，深入探討PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用的優(yōu)化措施。通過上述研究，將對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)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(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；鋼鐵冶金；電氣自動(dòng)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(yīng)用中，PLC可實(shí)現(xiàn)多種功能，如溫度控制、壓力監(jiān)測(cè)、設(shè)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(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)生產(chǎn)變化，提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，降低生產(chǎn)成本以及人力投入。

1? ? PLC簡(jiǎn)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(dòng)化系統(tǒng)的電子設(shè)備，通過編程和邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。PLC的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)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(dòng)化水平。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，PLC也不斷演進(jìn)和改進(jìn)，逐漸成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最為重要的控制設(shè)備。

PLC的基本組成包括電源、中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)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(fù)責(zé)執(zhí)行編程的指令，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算和控制。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，包括RAM和EPROM等。輸入輸出模塊負(fù)責(zé)將傳感器和執(zhí)行器與PLC相連接，接收輸入信號(hào)并控制輸出信號(hào)，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(hào)，例如溫度、壓力、位置等，然后經(jīng)過中央處理器的邏輯運(yùn)算和判斷，根據(jù)預(yù)先編寫的控制程序和算法，決定輸出信號(hào)的狀態(tài)，控制執(zhí)行器如電機(jī)、閥門、傳送帶等的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制。PLC可編程性使得用戶可以根據(jù)實(shí)際需求編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景的靈活控制。同時(shí)還具有高速、高可靠性和可擴(kuò)展性，可適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，其具備抗干擾能力強(qiáng)、抗震性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，適用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境。因此PLC可以用于機(jī)械加工、裝配線、流水線、化工、能源、食品加工等各個(gè)行業(yè)。通過PLC的控制，可以實(shí)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(jìn)步，PLC也在不斷創(chuàng)新和發(fā)展。近年來(lái)，基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的智能化PLC得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從2015年至2020年，我國(guó)PLC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)?？傮w呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，具體數(shù)據(jù)如表1，因此可以看出PLC行業(yè)市場(chǎng)巨大潛力，同時(shí)也可以得出，PLC性能十分強(qiáng)大，能夠進(jìn)一步提升工業(yè)自動(dòng)化的智能化水平，進(jìn)而得到廣泛應(yīng)用。

2? ? PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動(dòng)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(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。通過PLC實(shí)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(xué)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(gè)復(fù)雜的過程，涉及多個(gè)工藝步驟，而借助PLC實(shí)現(xiàn)過程控制，可以自動(dòng)化控制各種操作，減少人工干預(yù)和操作錯(cuò)誤的可能性，提高生產(chǎn)效率[2]。同時(shí)，PLC還可以根據(jù)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)情況，自動(dòng)調(diào)整操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)能力。在此基礎(chǔ)上，PLC能夠確保設(shè)備按照安全規(guī)范進(jìn)行操作，并及時(shí)處理潛在的安全隱患。比如，PLC可以監(jiān)測(cè)溫度傳感器的異常，進(jìn)而快速發(fā)出警報(bào)，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(hù)

鋼鐵冶金過程中，設(shè)備的故障可能會(huì)生產(chǎn)中斷，而PLC系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并通過相關(guān)的報(bào)警指示燈向操作人員提供警示。而且PLC還能通過設(shè)定自動(dòng)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(dǎo)。同時(shí)，故障診斷對(duì)于鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)效率至關(guān)重要。通過PLC系統(tǒng)的自動(dòng)診斷功能，可以在故障發(fā)生時(shí)迅速采取相應(yīng)的措施，減少停機(jī)時(shí)間，并在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行，從而最大程度地減少生產(chǎn)損失。設(shè)定好運(yùn)行模式后，PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)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(jì)劃，并采取預(yù)防性維護(hù)措施，及時(shí)調(diào)整設(shè)備的參數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)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(jìn)行存儲(chǔ)，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(jìn)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(shí)獲取關(guān)鍵的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。而通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)的優(yōu)化措施，提高生產(chǎn)效率。在此基礎(chǔ)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(jìn)行集成，實(shí)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(jìn)行傳遞，提高信息的傳遞效率，幫助企業(yè)實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)情況，做出迅速調(diào)整。

2.4? ? 靈活性和可擴(kuò)展性

鋼鐵冶金行業(yè)處于競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，市場(chǎng)需求常常發(fā)生變化，而PLC系統(tǒng)可以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，根據(jù)新的產(chǎn)品規(guī)格以及質(zhì)量要求進(jìn)行調(diào)整，使企業(yè)具備快速適應(yīng)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(jìn)步，鋼鐵冶金企業(yè)需要對(duì)設(shè)備和工藝進(jìn)行升級(jí)，在此背景下，PLC系統(tǒng)可以方便地與新設(shè)備進(jìn)行集成，支持新工藝的改進(jìn)，有效提升生產(chǎn)效率，適應(yīng)市場(chǎng)的不斷變化。而且得益于技術(shù)的進(jìn)步，新的控制技術(shù)和功能不斷涌現(xiàn)，而PLC系統(tǒng)可以快速集成先進(jìn)技術(shù)，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(qiáng)的控制能力，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效益。

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

3.1? ? 優(yōu)化IO配置

在項(xiàng)目規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，充分了解鋼鐵冶金過程中各個(gè)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(guān)的模塊歸類放置，避免跨領(lǐng)域的IO模塊混雜在一起。將邏輯上相同的信號(hào)通過內(nèi)部或外部組合，減少IO的數(shù)量。具體可以將多個(gè)傳感器信號(hào)可以通過信號(hào)復(fù)用或多路復(fù)用器進(jìn)行合并，使得一個(gè)輸入模塊可以接收多個(gè)信號(hào)。對(duì)于不同時(shí)刻需要的信號(hào)，可以采用時(shí)間共享的方式共用同一個(gè)IO模塊，進(jìn)而充分利用IO模塊的資源。在調(diào)試環(huán)節(jié)，針對(duì)IO配置進(jìn)行充分的測(cè)試和優(yōu)化。檢查IO接線是否正確、穩(wěn)定，確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和采集。優(yōu)化采樣周期、閾值設(shè)定以及信號(hào)濾波等參數(shù)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)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(shè)計(jì)和編程。將任務(wù)獨(dú)立為一個(gè)子程序，使得程序邏輯清晰，易于進(jìn)行維護(hù)。制定良好的命名規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，采用有意義的變量名、函數(shù)名和模塊名，能夠直觀地表達(dá)其功能，減少后續(xù)維護(hù)時(shí)所產(chǎn)生的困惑。在關(guān)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(xì)的文檔，記錄程序的設(shè)計(jì)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(hù)程序。針對(duì)具有通用性的功能或算法，將其封裝成可重復(fù)使用的函數(shù)或模塊，減少重復(fù)編寫類似代碼的工作量，提高編程效率。通過單元測(cè)試、集成測(cè)試和模擬環(huán)境等手段驗(yàn)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(shí)際要求，確定需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)，包括溫度、壓力、流量、電流等。

同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求，優(yōu)化數(shù)據(jù)采樣周期。對(duì)于需要快速監(jiān)測(cè)和控制的參數(shù)，可以采用較短的采樣周期，以便及時(shí)響應(yīng)[3]。而對(duì)于較為緩慢變化的參數(shù)，可以采用較長(zhǎng)的采樣周期，減少計(jì)算負(fù)荷。采集到的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用濾波算法進(jìn)行處理，以消除因噪聲和干擾引起的錯(cuò)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(jìn)而有利于后續(xù)算法和控制的準(zhǔn)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(jì)關(guān)系、趨勢(shì)以及異?，F(xiàn)象，為冶金過程的優(yōu)化提供參考。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)選擇PID控制、模糊控制或模型預(yù)測(cè)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(yīng)當(dāng)合理選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)的安全性。

3.4? ? 網(wǎng)絡(luò)通信可靠性優(yōu)化

合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)方式和布局，采用冗余路徑和備份設(shè)備，減少單點(diǎn)故障的影響，提高通信的可靠性。結(jié)合當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，將PLC系統(tǒng)與先進(jìn)通信技術(shù)相融合，在提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性的同時(shí)，大幅度改善網(wǎng)絡(luò)通信效率，具體如圖2所示。當(dāng)然還需要考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能、可靠性指標(biāo)以及適應(yīng)環(huán)境的能力，在滿足需求的同時(shí)提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信。除了硬件方面，軟件方面也需要配置防火墻、入侵檢測(cè)以及入侵防御系統(tǒng)，加密敏感數(shù)據(jù)，確保網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。同時(shí)也需要采取多種措施進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬管理，根據(jù)不同應(yīng)用程序的需求，設(shè)置合適的帶寬限制，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞以及數(shù)據(jù)丟失，改善通信的穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)采取多種措施監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)、流量以及錯(cuò)誤情況，快速發(fā)現(xiàn)潛在的通信故障，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)結(jié)合鋼鐵冶金實(shí)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(guān)部門需要確保系統(tǒng)具有自動(dòng)恢復(fù)機(jī)制，從而應(yīng)對(duì)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(dòng)化控制中發(fā)揮著重要的作用。通過PLC技術(shù)，鋼鐵企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的精確控制。而且PLC系統(tǒng)能夠自動(dòng)化執(zhí)行復(fù)雜的操作，并且具有高度可靠性，這對(duì)于提高鋼鐵生產(chǎn)效率和質(zhì)量至關(guān)重要。在此基礎(chǔ)上，PLC的廣泛應(yīng)用使得鋼鐵冶金企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電能控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和管理。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC在鋼鐵冶金企業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)將以應(yīng)用范圍擴(kuò)大、數(shù)據(jù)采集和分析、網(wǎng)絡(luò)化和智能化應(yīng)用為主導(dǎo)，上述趨勢(shì)將推動(dòng)鋼鐵冶金企業(yè)實(shí)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(xiàn)

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

[2]? ? 周軍.軋鋼電氣自動(dòng)化中數(shù)字技術(shù)運(yùn)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(dòng)化中的應(yīng)用研究[J].有色礦冶，2023，39（5）：41-43.