PLC在冶金领域的应用

1、 PLC在冶金领域的应用自动化0903陈豪摘要：由于中国经济的持续发展，尤其是建筑，交通，交通工具，机床行业对金属材料的需求稳步上升，2003年下半年各类金属材料出现了短暂的缺乏，价格迅速回升，冶金行业迎来了新的发展高峰期，PLC更好的改善了本行业的运用，已经成为了冶金行业的主流控制系统oPLC是可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小

2、，重量轻，价格便宜的特点。关键词：PLC电子系统存储器冶金Summary:BecauseChinassustainedeconomicdevelopment,especiallytheconstruetion,transportation,traffictoolsformetalmaterials,machinetoolindustrydemandsteadilyrising,2003,halfofallkindsofmetalmaterialsappearedlackofshort,thepriceriserapidly,metallurgicalindustryusheredinthene

3、wdevelopmentpeak,PLCbetterimproveindustry,metallurgicalindustryhasbecomethemainstreamofthecontrolsystem.PLC(programmablelogiccontroller,isakindofarithmeticoperations,designedforelectronicsystemsinindustrialapplicationanddesignoftheenvironment.ItUSESprogrammablememoryofitsinternalstorageprocedures,im

4、plementationandlogicaloperations,sequencecontrol,time,countandarithmeticoperations,suchasuserinstructionsthroughdigitaloranaloginput/outputcontrolvarioustypesofmachineryorproductionprocess.Ithashighreliabilityandanti-interferencecapabilityisstrong,powerful,flexibleandeasyuse,smallvolume,lightweight,

5、lowpriceKeywords:PLCElectronicsystemsMemoryMetallurgy一、冶金行业背景：中国拥有超过3,000家钢铁冶炼企业和近3,000家有色金属冶炼企业，2003年中国排名第50位的炼钢厂钢产量为58万吨，全国钢产量达到2.0亿吨,十种主要有色金属产量达到1,170万吨。整个冶金行业的产值相比2002年增长超过20o由于中国经济的持续发展，尤其是建筑，交通，交通工具，机床行业对金属材料的需求稳步上升，2003年下半年各类金属材料出现了短暂的缺乏，价格迅速回升，冶金行业迎来了新的发展高峰期，主要的生产厂家都在进行设备改造和扩建。在浙江、河北、内蒙、辽宁等地

6、，-些新的民营资本也在进入这一市场。与其他行业不同的是，冶金行业各个生产环节的关联性不是很强，通信的实时性要求相对较低，因此，在其他流程行业广泛使用的DCS主控系统在本行业的作用不太大，PLC更适应本行业的运用，已经成为了冶金行业的主流控制系统。二、PLC基础知识PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。它具有浮点运算、数据传送和比较、文件传送、诊断、逻辑判断、中断控制、通信、人机对话等功能，在使用方便性和系统可靠性方面则具有继电器电路无与伦

7、比的优越性。目前,PLC产品已成为控制领域中最常见、最重要的装置之一。它代表了当前电子程控技术的发展潮流，其应用已渗透到国民经济的各个领域，发挥了日益明显的作用，因而受到世界各国越来越高的重视。据调查结果表明，约80%的工业单位可采用PLC作为控制装置，可见其在工业各个领域中的应用前景之广泛。二、PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PL

8、C的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使

9、PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计

10、及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。三、PLC在冶金过程中的应用1.PLC在铜冶炼生产过程中的应用金隆铜业有限公司是率先在国内铜冶炼企业采用可编程序控制器用于主体生产工艺过程控制的企业，其成果和经验随后也得到了国内其他冶铜企业的肯定和效仿，该项目也因此获得了当时的国家有色工业局授予的科技进步一等奖。金隆铜业有限公司采用的是在国际

11、市场占有率较高，知名度也较高的美国Rockwell公司生产的PLC-5系列大型可编程序控制器。全套系统的成套和软件的编制调试则由上海自动化仪表研究所、南昌有色金属设计研究院、铜陵有色设计院和金隆铜业有限公司自动化室共同承担，这几家单位都有着雄厚的技术力量和多年从事自动化项目设计、成套的经验，因而系统自投用以来在生产和管理中都收到了显著的成效。1).具体应用1).1.在阳极精炼炉的应用金隆公司共有两台阳极精炼炉，其操作控制水平的好坏直接关系到阳极铜的质量乃至影响到电解铜的质量，阳极精炼炉共用了四个PLC-5/40处理器，两主两从，互为热备，分别控制两台阳极精炼炉的倾转系统、附属设备和所有的调节回

12、路。另外，还担负着接受行车无线传输称重数据的任务。此外，两台行车上的行车秤的称重实时数据也是由阳极精炼炉PLC进行接受并进行数据转换处理和显示的。大部分实时信号的累计值、历史趋势和报警画面也都由PLC完成。总之，由于在阳极精炼炉使用了PLC,使得大量的继电器控制柜和二次仪表得以取消，不仅节省了空间，也使得故障率大为减少，提高了系统的可靠性，并且回路修改极为方便，减少了二次投资。1).2.在转炉的应用转炉工段包括三台转炉本体、三套残极加料系统、一套溶剂运输系统、环境集烟以及电收尘四大部分。有八个PLC组成四套热备控制系统进行控制，每台转炉本体和对应的残极加料系统由一套PLC进行控制，溶剂运输、环

13、境集烟以及电收尘由一套PLC进行控制。投产以后，根据生产情况和工艺要求，我们对转炉的事故倾转回路进行了改造，将事故倾转由直流倾转改为交流倾转，仅当交流失压时才由直流倾转，增加了系统的可靠性。还增设了富氧调节回路和纯水槽自动补水调节回路。此外，由有色机械总厂生产的铸渣机也是用PLC进行控制的。由于采用了PLC进行控制，使转炉的劳动强度大为减轻，监控更为方便，维护更为简单。1).3.在电解、净液的应用电解、净液共用了三台PLC，一台用于对电解工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用于对净液工段的电器设备以及过程工艺参数进行检测和控制，一台用作与上位一台以太网的网络通信接口。PLC主要对

14、一些给液泵、循环泵、泥浆泵等一些泵的启、停进行联锁控制和监视，对风机的运行情况进行监控，对短路器进行监控。由于采用了PLC,取消了大量的二次仪表，所有的仪表指示值都可以在监控站的屏幕上显示，统计报表、历史趋势曲线都可以很方便地打印出来。参数的修改和设备的操作都可以用鼠标在屏幕上完成。1).4.调试中遇到的难点及解决办法投产前，网络安装测试好之后，开始进行系统的总调试，发现由于三台转炉的很多辅助设备是共用的，因而各PLC之间需通过网络交换的数据量特别大，引起网络繁忙，网络超时报警频频出现，影响调试和正常操作。起初试图通过增大监控站的内存、扩大缓冲区、精简操作画面等方法解决这个问题，但效果均不理想

15、。后来想到利用处理器的其他空闲的通信口，专门开设一条网络专供转炉的四个PLC之间传递数据用，结果十分令人满意，很好地解决了这个问题。四、PLC在冶金行业应用的总结虽然ERP、MES等中上层系统在冶金行业还未大规模的应用，但就PLC等基础自动化而言,国内的冶金企业可以用高度普及来形容。因此对于PLC而言，冶金行业是一个相对成熟的市场，增长的潜力主要来自新项目。所以在考量PLC市场增长时，冶金行业本身的增长与投资就成为了关键因素。中国经济的持续增长给钢铁行业的带来了好的发展机会，主要的钢铁企业纷纷增加生产能力，并进行了设备的技术更新，并建立了一些高技术水平的生产线，以便在未来的市场上保持竞争力。工

16、控行业2003年在冶金行业获得了比往年更多的机会。2003年12月4日，美国宣布取消钢铁附加税。美国一直是中国最大的钢铁出口对象，每年对美国的钢铁出口额占钢铁总出口额的20以上，美国取消钢铁附加税将使中国对美国的钢材出口回复到2002年的水平，并保持增加。在2004年，那些每年大量出口产品的钢铁厂也会进一步更新或扩充生产装置。当然，也应该注意到，2003年下半年开始，政府开始推行旨在降低经济增幅的宏观调控政策，钢铁作为一个限制性投资行业首当其冲。项目的终止、延迟与减少显然已经对自动化市场产生了影响。在对西门子、施耐德、罗克韦尔的采访中，受访者均认同其钢铁行业的业务有所减少。同时，钢铁行业的发展

17、已经超越了上游原材料的供应能力，矿石、焦炭、电力供应日趋紧张，价格也大幅上扬。这就从市场角度给于了钢铁行业一个增长瓶颈。综合考虑，冶金行业逐步趋于饱和，投资高峰逐步衰减，行业将进入平缓周期。因此，在未来几年，对于PLC等自动化产品的需求将很难持续较高的增长率。程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统参考文献:吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用机械工业出版社，2005.胡学林.可编程控制器教程（基础篇）电子工业出版社，2003王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2003.王兆义.小型可编程控制器实用技术M.北京：机械工业出版社，2002.魏艳君.多功能屋面SP板切割机J.机电一体化，2002，（4）：4748.肖莹，漆汉宏.TD200文本显示器在钢筋调直切断机上的应用J.自动化技术与应用，2004，23（2）：3637转42.S7-200CN可编程序控制器手册M.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2005.SIEMENSWinC