基于PLC控制系统的棒材轧线控制系统可靠性研究

冯贝芬

摘 要：分析PLC控制系统的基本结构以及PLC控制系统的硬件软件组成来分析其在棒材轧线控制系统中的实际应用。在PLC控制系统应用功能的基础上进一步探究其硬件可靠性、软件可靠性等等，为进一步推动PLC控制系统的应用发展提供参考。

关键词：PLC控制系统；棒材轧线控制系统；可靠性研究

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

PLC控制系统是自动化的棒材轧线系统，有着极其广泛的应用。PLC控制系统的全部功能都集中PLC上，有效推动了现代化冶金工业实现分散化、网络化、智能化、数字化的发展。对于棒材轧线工作来说，复杂的工作环境，强烈的电磁噪音是其主要的组成部分。因此，棒材轧线对系统可靠性有着极高的要求。分析现有的PLC控制系统的硬件软件结构来进一步分析其在实际应用中的表现能够更好地了解其所存在的不足，并为未来对其进行进一步的优化提供参考。

1 PLC控制系统概述

（1）简介。PLC控制系统时自动化棒材轧线冶金系统，其主要实现棒材轧线的基础自动化以及过程自动化。PLC控制系统能够实现对各种轧制速度的设定，以及各种速度级联的调节、微张力的控制等等。通过应用PLC控制系统，棒材轧线的质量以及生产效率得到显著的提升。许多年来PLC控制系统都实现了稳定的应用并且创造可观的经济效益。

（2）工艺设备。在硬件组成上，PLC控制系统往往选择GE90-30 PLC可编程逻辑控制器，这种设备能够凭借简单安装配置以及可编程环境实现对流水线的继承控制。这一套PLC控制系统有着极高的性价比。在GE90-30 PLC可编程逻辑控制器的协调下，操作台、主轧线设备、冷床、设备控制、加热炉、轧机换锟等等辅助设备实现一个系统的棒材轧线集合。

（3）网络组成。PLC控制系统主要通过三种网络方式来实现设备与设备之间的通信，进而实现设备控制与数据采集。其中传动控制由DP网连接，上位机与控制芯片之间由Ethernet网络进行连接。各个操作台则是由双网冗余的Genius的网络进行连接。

（4）软件组成。由于棒材轧线有着众多的控制系统，因此其输入与输出众多，控制结构与功能也相对复杂，在进行软件配置时，往往是针对不同体系的机器进行模块集成配置，主要的模块部分包括信号采集、程序处理、信号输出等等部分。另外，为进一步的实现系统效率的提升，PLC控制体系中还包括一部分提高系统可靠性与运行效率的软件。软件能够分别实现参数控制命令传递、远程操作命令传送、系统的自我诊断、现场设备的保护等等。

2 可靠性研究

（1）硬件可靠性。PLC控制系统是为工业控制所进行的设计，因此，其电源环境、电磁环境和PLC环境，都有着专门的可靠性保障。针对其电源环境、电源电磁干扰抑制棒的使用能够有效实现生产线功率的控制，保证其中谐波电流和谐波电压对电源波形产生的影响。另外，抑制电网中高次谐波所使用的多项整流技术，能够实现对电网电源质量控制，并保证相关系统的稳定运行。对于外部电磁环境，PLC控制系统的电缆、信号线、电机等等都采用特殊的设计，在施工现场中，注意对线材进行接地设计能够有效抑制电磁干扰。现代企业多数为钢结构厂房，接地设计需要进行特殊配置，另外为保证PLC控制系统的稳定，接地点要尽量靠近PLC控制系统所在位置，并使得接地点与建筑物保持10到15米的距离。为保证硬件不受特殊情况损坏，设置硬件互锁与连锁功能。硬件自我控制系统中，安装正反粒子计数器，实现对硬件设备的自锁和互锁，防止设备事故发生。

（2）软件可靠性。软件系统可靠性主要是通过在编程平台上进行更好的程序设计完善来实现的，一般影响软件可靠性的因素主要有软件本身，因此在进行软件编写时，要针对软件本身缺陷进行着重设计。其次，除了软件本身以外，系统输入和信号采集的错误，也会导致软件运算出现错误，进而导致事故的发生。另外，存储介质和数据传输失误，也会导致软件错误的出现，针对软件容错性、鲁棒性、抗干扰能力和故障诊断能力进行加强，能够有效提升软件的可靠性。为保证软件容错性，设置软件备份，并对重要部位诸如CPU模块、交互界面等等进行冗余设计，能够有效保证软件本身容错性。提高鲁棒性是指在软件出现违反规范行为情况时能够保证程序的稳定运行。因此需要在软件出现内部预算错误死循环、逻辑错误等等问题时，能够自动的进行变量赋值，PLC报警和动作跳出等等。通过加强软件鲁棒性能够进一步保证软件的软件使用。

（3）网络可靠性。对于PLC控制系统来说，其通信模块容易发生故障，设置双系统能够有效解决通信故障的发生，当A网出现故障时，系统自动切换到B网，可以保证数据的正常传送，以进一步保证程序的正常运行，由于数据采集错误和数据传输错误，会影响整个系统的命令传输和操作转换，所以在进行数据传输过程中，要对数据进行合适的格式转化设计，以保证数据在传输前传出后，能够准确无误。

3 模拟轧钢对于可靠性的提升

模拟轧钢环节的设计能够有效保证整个PLC控制系统在应用时的稳定。一般模拟轧钢分为两种类型，首先是纯软件的模拟，其次是实际生产线的模拟。两种模拟方法能够分别实现对于软件系统的检测和对硬件、软件系统双系统的检测。纯软件形式的模拟式应用数学模型检验来实现对整个棒材轧线的可靠性模拟。若软件模拟通过，则基本保证整个系统无错误。第二种方法能够更加细致，真切进行硬件系统的检测，能够更有效保证硬件设备在应用时不出现问题。

综上所述，PLC控制系统作为现代自动化的棒材轧线冶金系统对现代工业发展有着极其重要的意义。由于棒材轧线冶金环境相对复杂，所以其对于可靠性有着极高的要求。分析PLC控制系统的基本结构与硬件软件组成，来更好地了解到影响其可靠性的因素，是提升其可靠性的基础。其可靠性的研究也应从其所具有的硬件软件配置来分析。不同冶金厂本身有着诸多细节上的差异，所以要想有效提升其可靠性就要针对整体的影响因素来进行解决。诸如硬件电磁干扰、软件错误、数据传输、网络错误等等。要想进一步保证PLC控制系统的可靠性，优化模拟能够更准确地对PLC控制系统进行检测分析，并保證硬件系统故障能够被及时发现而不影响系统的运行。

参考文献：

[1]房新亮.棒材轧线控制系统系统可靠性分析[J].可编程控制器与工厂自动化，2010（04）：21-23.endprint