试论PLC在碳素生产机械设备中的应用

2018-01-29高芳

世界有色金属 2018年16期

高芳

（埃肯碳素（中国）有限公司，宁夏石嘴山 753000）

新技术、新设备的应用，是提高碳素生产效率和产品质量的重要保证。以往许多碳素生产厂商只关注经济效益，而忽视了对机械设备的检修和升级，导致机械设备存在故障隐患，且不能被及时发现，不仅工作效率受到影响，而且生产出来的碳素产品质量不高。将PLC技术应用到机械设备中，可以实现对机械设备的自动化控制，确保机械设备能够以高效、稳定的状态运行。文章首先概述了PLC的控制原理和应用优势，随后就PLC的实际应用效果展开了分析。

1 碳素生产机械设备中PLC的控制原理

碳素厂机械设备是依靠机械部分与电气部分共同运作产生效率。机械设备作为外在机械部分的代表，应注意实际操作，而电器部分主要在于PLC的内部程序操作设置，由基础的通信原理知识为手段，配合计算机的语言汇编功能，引用特定的技能函数，数字化模拟机械设备的操作运行，并且通过碳素厂的实际境况，来设计相关程序实现对硬件部分的功能操作，每一部分的指令设计都可对特定硬件单元做出操控，可以有效的控制机械设备得工作性能，如定时系统、循环系统、检修洗头等[1]。

2 PLC在碳素生产机械设备中的应用优势

（1）可根据功能需要灵活编程。碳素生产过程中使用到的机械设备种类较多，由于不同机械设备的运行方式和实现功能有较大差异，要想实现自动化控制，必须要结合具体的机械设备，分别设计控制程序，实现机械设备的稳定运行。PLC采用梯形控制语句，这种程序语言与C语言相比，一方面是编写难度更低，即便是非专业出身的技术人员，经过简单培训后可能给掌握PLC编程技术，从而根据实际工作需要编写控制程序；另一方面，梯形图在表达上更加直观和形象，即便是程序指令存在错误，也比较容易发现，降低了调试运行的难度。

（2）设备控制系统的稳定性强。PLC的主控单元是一种微型计算机，具有集成度高、反应灵敏、稳定性强等特点。另外，在碳素生产机械设备中，PLC系统还增加了电路保护和自诊断功能。

（3）节约碳素生产的成本。通过安装PLC控制系统，可以根据碳素生产的实际需要，灵活的调节机械设备的开关和运行速率。这样就极大的避免了机械设备空转的情况，减少了电能浪费，节约碳素生产成本。

3 PLC在碳素生产机械设备中的应用

（1）自动配料系统中的应用。基于PLC控制的自动配料系统，实现了粉料称量、配料、运输等多项功能于一体，这样就减轻了碳素生产流程，并且实现了精确化控制。另外，由于机械设备运行工况存在波动变化，也需要在进料过程中，根据机械设备当前工况灵活调节进料量，以避免出现机械设备超载或空载运行。在PLC系统的控制下，在电动小车上安装一个感应电子磅。通过微型计算机的计算，确定进料量。此时感应电子磅对物料进行称量，并将称量结果反馈给PLC控制中心。两个结果匹配成功后，接通电源，启动电动小车并运送物料。

（2）机械设备故障诊断中的应用。碳素生产的环境较为恶劣，加上人为误操作等因素的影响，机械设备在正常使用过程中容易出现各种类型的故障。如果这些故障不能得到及时处理，不仅会影响碳素产品的质量，而且还有可能给现场人员的安全构成威胁。在碳素生产机械设备中安装PLC控制系统，则能够实现对机械设备运行系统的自动巡检。

①基于数字量信号的故障诊断。PLC控制系统本身并不能直接识别数字信号，机械设备运行过程中产生的数字量信号需要首先经过一个数电转化模块，将数字量信号转化为PLC可识别的电信号。机械设备运行中产生的信号包括压力、温度、行程等。每个类型的信号单独设置一个接口，并与PLC单片机中的一个“区”进行对应。每个区分为两部分，一部分用来接收机械设备的运行信号，另一部分用来存储标准信号。PLC控制系统自动将收集到的运行信号与标准信号进行对比。如果两种信号完全匹配，则说明设备运行良好；反之，如果信号匹配度较差，则说明机械设备运行中存在隐患或故障，需要进一步分析，并采取处理措施。②基于模拟量信号的故障诊断。机械设备运行过程中产生的模拟信号，会被前端传感器收集，并以一定的频率发送会PLC控制中心。对于这些模拟量信号，PLC单片机仍然不能直接识别，需要借助于A/D转换器，实现“模拟信号-数字信号-电信号”的转换。这是因为在包含同样信息的前提下，模拟信号的占用空间要远远超过数字信号。而PLC使用微型单片机，本身的存储容量有限。需要通过提前筛选，保留那些有价值的信号，以减轻PLC控制系统的运行压力。

4 PLC在碳素生产机械设备中的应用实例

（1）机械设备概况。某碳素生产企业在2014年引进了基于PLC的自动控制系统，该系统的单片机采用德国西门子公司生产的S7-200，具有通信稳定、反应灵敏、处理速度快等优点。系统所需的输入/输出配置是：开关量输入100点；开关量输出50点；模拟量输入5点；模拟量输出2点。两个机架，分别是10槽和7槽；交换机一台。

（2）混捏机的控制。企业所用的碳素连续混捏机为德国BUSS公司进口的铝电解预焙阳极专用大型设备局，其混捏方式采用动、静搅刀相对运动和搅拌轴前后移动实现糊料混捏目的。该混捏机调速系统使用PLC进行控制，可以根据混捏需要分别完成过压、过流、限速等调整。通过严密的逻辑关系和软件监测，实现了混捏机操作互锁、运行监控及故障报警功能；特别是对混捏机瞬间过电流的监控，解决了混捏料中因金属硬质物混入导致的搅刀被打断的问题。