基於PLC實現的煉鋼脫硫扒渣機自動控制

謝成舟
新疆烏魯木齊市寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司物流運輸分公司新疆烏魯木齊 830022
摘要：本文介紹了基於 PLC實現的煉鋼脫硫扒渣機運行系統基本設計思想，重點闡述了比例閥的工作原理及 PLC控制技術在煉鋼脫硫扒渣機控制系統中的應用，並對扒渣機運行系統進行了優化設計。
關鍵詞： PLC；扒渣機；比例閥；液壓系統
脫硫扒渣機是鋼鐵企業應用最廣泛的一種自動化設備，它可實現自動卸料、自動翻渣等功能，同時它也是鋼鐵企業必不可少的關鍵設備。傳統的扒渣設備採用繼電器控制，通過接觸器、接觸器串聯組合等電路對電動機、電磁閥、液壓站等進行控制。但是由於接觸器不可靠，故障率較高。本文採用 PLC控制技術對脫硫扒渣機進行控制，使設備更加穩定可靠，同時也提高了設備的工作效率，降低了運行成本。
脫硫扒渣機運行系統基本設計思想
PLC技術在脫硫扒渣系統中的應用
PLC技術在脫硫扒渣機運行中的控制方法
比例閥控制原理
模擬量輸入/輸出接口電路
信號放大與處理
系統軟體設計
1、前言
隨著我國社會經濟的快速發展，在節能減排、保護環境等方面也提出了更高的要求。近年來，我國工業企業也在逐步進行環保轉型，很多企業都採用了脫硫扒渣機進行設備改造。在工業企業中，脫硫扒渣系統的應用能夠有效提高生產效率、降低生產成本、減少污染物排放，有效保障企業安全生產。本文主要研究了基於 PLC實現的脫硫扒渣系統控制，該系統主要包括 PLC、比例閥等設備，利用 PLC技術實現對脫硫扒渣系統的控制，從而能夠有效降低污染物排放，促進環保事業的發展。本文以某脫硫扒渣系統為例，詳細闡述了該控制系統的設計方法和實施過程。
2、1脫硫扒渣機運行系統基本設計思想
基於 PLC實現的脫硫扒渣機控制系統主要包括比例閥、 PLC、變頻器等設備，其控制系統基本設計思想如下：首先，控制系統在運行過程中，利用變頻器進行變頻調速，將液力變矩器中的流量進行實時調整，從而能夠實現對流量的調節。其次，在脫硫扒渣機運行過程中，利用 PLC進行程序編程，利用變頻器實現對比例閥的控制。最後，利用變頻器和 PLC共同控制比例閥的開關。具體地來說，脫硫扒渣機系統工作過程中所涉及到的參數主要包括流量、液力變矩器、電動機和變頻器等設備。當液力變矩器的輸出流量降低時，比例閥會自動打開，使液體流量增加；當液力變矩器的輸出流量增加時，比例閥會自動關閉，使液體流量減少。通過這種方式能夠有效提高脫硫扒渣機運行效率和質量。
2、2 PLC技術在脫硫扒渣系統中的應用
PLC技術在脫硫扒渣系統中的應用，主要包括三個方面：首先，進行 PLC控制程序的編制；其次，進行 PLC程序的調試；最後，通過現場調試完成脫硫扒渣系統的自動運行。
第一，進行 PLC程序編制。該脫硫扒渣系統控制主要由 PLC控制程序、網絡通訊程序以及人機介面程序組成，其中 PLC控制程序主要包括：設備啟停控制、參數設定、數據採集和顯示、故障報警等；網絡通訊部分主要包括：串口通訊、乙太網通訊和現場總線通訊等。
第二，進行現場調試。該脫硫扒渣系統中，有兩台扒渣機需要進行自動運行，兩台扒渣機的運行要求是：一台扒渣機在運行過程中，另一台不能自動運行；兩台扒渣機需要同時動作，才能保證整個系統的正常運行。
2、3 PLC技術在脫硫扒渣機運行中的控制方法
脫硫扒渣機中的 PLC技術主要是應用在脫硫系統中，其主要功能包括：實現對比例閥的控制，實現對扒渣機運行中各部分的監控，對各設備的運行狀態進行檢測，並將檢測結果傳遞給 PLC控制系統，進而實現對扒渣機運行狀態的控制。PLC控制系統中主要包括兩個部分：一是對比例閥的控制，二是對扒渣機的運行狀態進行檢測。其中，比例閥主要是對扒渣機的運動速度進行控制，同時還能實現扒渣壓力的調節。根據該系統要求，可以選擇 PLC作為比例閥控制器，將其與 PLC進行連接，利用 PLC中的地址分配功能，將 PLC地址分配到相應的系統上，從而實現對比例閥控制的目的。
2、4比例閥控制原理
比例閥的工作原理與電磁比例閥類似，只是在控制精度上比電磁比例閥更高，其控制原理如下：
比例閥是利用負載的變化來改變閥芯與閥體間的相對位置，從而實現流量調節的目的。由於負載是可變的，所以可以通過改變負載變化量來改變其流量，從而實現流量調節。但負載變化量僅能作為一種輔助手段，不能完全代替比例閥。因為在實際應用中，負載的變化量遠遠大於比例閥的流量變化量。而利用比例閥所得到的流量誤差也大於利用電磁比例閥所得到的流量誤差。因此，在實際應用中，應當綜合考慮負載變化量、負載變化速度、控制精度等因素，選擇合適的控制參數。
2、5在本次脫硫扒渣系統中，其控制參數如下：
模擬量輸入/輸出接口電路
模擬量輸入/輸出接口電路是整個 PLC系統的核心，也是整個系統的基礎。模擬量輸入/輸出接口電路主要由模擬量開關、接口模塊、信號隔離模塊組成，其具體電路結構如圖2所示。
在模擬量輸入/輸出接口電路中，需要將模擬量開關接入到 PLC系統中，再利用 PLC的控制功能實現對模擬量信號的檢測、轉換、處理以及顯示等功能。當需要對模擬量進行採樣時，可以將開關接入到模擬量輸入/輸出接口電路中，此時就能夠實現對模擬量信號的採樣。此外，為了使 PLC系統能夠更好地進行工作，還需要將模擬量信號進行隔離處理。在本設計中，採用了兩級隔離方式對模擬量信號進行隔離，第一級是將模擬量輸入信號直接接入到 PLC中；第二級是將模擬量輸出端直接連接到 PLC的A/D模塊中。這樣就能夠有效減少模擬量輸入/輸出接口電路對 PLC工作產生的影響。
2、6信號放大與處理
信號放大與處理是整個系統的關鍵，為了提高信號處理效果，在進行信號放大與處理時，可以採用模擬量放大器、A/D轉換器等設備。由於該脫硫扒渣機控制系統中的比例閥採用了閉環控制，所以要想實現比例閥的精確控制，需要保證比例閥的開環增益在1左右。通常情況下，開環增益為0~10倍，這就要求在實際工作中要將開環增益控制在10~15倍之間。為了更好地實現比例閥的閉環控制，可以採用模擬量放大器對比例閥進行放大，如果需要對信號進行放大處理時，則可以將模擬量放大器安裝在 PLC內部。當比例閥處於閉環控制狀態時，如果出現開環增益為0~10倍的情況，那麼可以將模擬量放大器安裝在 PLC內部。在模擬量放大器中，需要設置相應的電源和限幅電路，並根據現場情況對信號進行處理。通常情況下，需要將其設置為-20~+20V的輸入電壓範圍。
2、7系統軟體設計
在脫硫扒渣機系統中，系統的軟體設計是十分重要的，可以有效確保控制系統的穩定性和可靠性。在脫硫扒渣機控制系統中，需要對各個設備進行合理的設定和控制，實現對整個系統的監控和管理。因此，要做好軟體設計工作，實現對各個設備的自動化控制。
首先，對整個系統進行初始化操作，將 PLC中的一些寄存器進行設置，然後在主程序中完成初始化操作，同時在子程序中完成相關指令設置。在系統中設置好各個設備的初始參數後，利用這些參數對各個設備進行控制。例如： PLC程序中設置好比例閥的開度，然後再利用 PLC程序實現對比例閥開度的控制。
其次，系統運行過程中，需要根據設定好的程序進行操作。在設定好各個設備後，在主程序中啟動各個設備進行工作。當主程序開始運行後，如果需要停止某個設備或者取消某個設備時，要根據實際情況將其暫停或者取消。當主程序運行結束後，再對主程序進行重啟。當主程序重啟後，各個設備就可以繼續工作。再次，對系統進行監控。在脫硫扒渣機控制系統中，要實現對各個設備的實時監控，可以在 PLC程序中設置好監控程序。如果系統中出現異常情況，或者故障問題時，要及時將其反饋到 PLC程序中，實現對整個系統的監控和管理。
最後，對各個設備進行控制。在實際操作過程中，如果需要改變某個設備的工作狀態時，可以通過控制輸入輸出等方式來改變該設備的狀態，然後將其反饋到 PLC程序中，從而實現對各個設備的控制。最後，系統能夠通過輸出的數據或信息，實現對系統的監控，從而保證整個系統的穩定運行。
3、結束語
通過本文的研究，可以看出，基於 PLC技術在脫硫扒渣機控制系統中的應用，對於提高扒渣機運行效率和質量具有十分重要的意義。在脫硫扒渣機控制系統中，需要結合實際情況選擇合適的 PLC控制器，並將其應用於脫硫扒渣控制系統中。在實際工作中，應當綜合考慮各個方面因素，如：控制精度、運行速度等。只有這樣才能確保脫硫扒渣機控制系統的穩定性和可靠性。綜上所述，在脫硫扒渣機運行控制系統中，採用 PLC技術能夠實現對各種設備的自動化控制。同時，還能有效提高系統運行效率和質量。在實際工作中，需要結合脫硫扒渣機運行要求和特點進行選擇。具體而言，需要從以下幾個方面進行考慮：首先，要保證控制精度和運行速度；其次，要保證設備運行穩定可靠；最後，要保證系統安全可靠。
4、結論
本文主要研究了基於 PLC技術在脫硫扒渣機控制系統中的應用問題。首先，對 PLC技術在脫硫扒渣機控制系統中的應用進行了分析和研究；其次，對脫硫扒渣機控制系統中比例閥控制原理進行了詳細分析；最後對脫硫扒渣系統中 PLC技術的應用進行了分析。
參考文獻
（1）《新編PLC電氣工程師手冊》PLC在實際應用中注意的問題
（2）《PLC編程手冊》