PLC在通风机自动化变频中的应用

2019-01-27刘学军孙广虎

中小企业管理与科技 2019年6期

刘学军，孙广虎

（河北津西钢铁集团股份有限公司机动部炼钢一厂，河北唐山064302）

1 引言

钢铁作为人类生产生活使用最为广泛的金属材料，其延展性高，导热性好，且资源丰富，成本较低，号称工业的粮食，适用于大范围的生产，在社会生产生活的各个部分都有十分普遍的应用，是一项必不可少的根本工业品。钢铁工业是一项十分重要的基础部门，是发展经济与国防建设的物质基础，是我国国民经济技术改造必不可少的条件。同时，钢铁工业的发展其他工业部门的发展有着十分密切的关系，这就奠定了钢铁工业的重要地位，许多国家都把钢铁工业的发展放在十分重要的位置，且协调其发展与各其他经济部门的发展，维持着健康的比重关系。而在当今的钢铁行业中，PLC 是其中的一种具有代表性的自动化技术，由于PLC 可以自动编程，所以可以在现实的生产中，对应钢铁冶炼的需求，研发可以自动化的程序，从而使生产钢铁时能做到有自动编程，从而达到可以自动化生产钢铁的水平。在冶金过程中，其也直接关联到钢铁生产是否安全。

2 PLC 概述

PLC，一般指可编程逻辑控制器，是特地为在工业条件下使用而研发的能进行数字运算操作的电子系统。它使用的存储器是可编程的，能够在其内部存储中执行运算、控制、定时、计数等相关操作的指示，利用数字或模拟的输入输出来操控各个类型的机器设备或生产过程。

简单来说，PLC 就像人类的大脑一样，可以与电脑的CPU相提并论。有了PLC 技术，人们就能“自由自在”地操控所要控制的机器，不用再像以前一样采用继电器控制——若想实现某个功能就得不停地改换线路，极不方便，且极易出错，特别是用在大型控制上，既浪费时间，效果又差[1]。PLC 主要靠内部的逻辑改变进而控制外部设备，这一过程当然也离不开继电器作用的发挥，总得来说，其大大降低了改线几率，节约了成本[2]。

新产品的诞生基本都是为了方便人们的生活，PLC 的产生就源于美国工业发展对生产技术的要求，1960年后，美国一公司在对工厂的生产线进行修整时发觉，要对一些电器的控制系统进行修改是很困难的，其占地面积大、噪声也不小、维护起来更是不方便，甚至连可靠性都不佳。于是在1969年，诞生了第一台可编程控制器，随后立刻就在该公司进行试用，结果效果十分显著。后来各国也争先恐后地研发可编程控制器，我国自然也不例外。1974年，我国开始研制可编程控制器；1977年，我国在工业应用领域推广PLC。起初只是想替代机械开关这一装置。然而，自从1968年以来，PLC 的功能就渐渐地取代了继电器控制板，如今的PLC 还有更多的功能，其现在不仅用于单一的过程控制而且已经推广到整个系统的操纵和监测。 20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将二者结合起来，使其又增添了其他如运算、数据传送等功能，实现了一个具有计算机特点的工业控制设备。

当前，PLC 在世界上已普遍应用于轻工业、重工业、环保、文化娱乐等各个行业。使用情况有如下几类：

第一，模拟量控制。工业生产的过程中，有许多变量，如气温、压力、速度等，因此就需要进行预先模拟。为了处理这些变量，就要实现虚拟量和真实量之间的互相转换。所以PLC 设备就会带有相应的转换模块，使其可用于模拟控制。

第二，运动控制。利用PLC 技术，可以进行圆周或直线运动的操控。它起初被用来进行开关I/O 部分连接位置的传感和执行，如今被用在专门的运动控制部分。只要能使用PLC 的控制功能，大都也能使用运动控制的功能，该控制功能如今普遍用在各类机器、升降机、机床等场景。

第三，过程控制。过程控制是指对气温、压力、速度等虚拟变量的控制。作为一台真正具有计算机特点的工业控制设备，PLC 能依靠编程各式各样的控制算法程序，达到闭环控制的结果。一般的闭环控制使用较多的是PID 调节方法。较大的PLC 都以PID 为组成部分，现今许多微型PLC 控制器也已经有了此部分。 PID 处理一般是运行专用的PID 子程序。这一作用在冶金、化工等工业场景有非常普遍的使用。

第四，数据处理。目前的PLC 控制器具有数学计算（矩阵、函数、逻辑等）、数据的传送、转换，进行位操作等，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以通过与存于存储器中的参考值进行比较来完成相应的控制操纵，也可以传送到别的智能设备上，抑或将它们打印制成表格。一般只有大型控制系统会需要数据处理这一功能，如石油化工企业的大型装置控制系统；还有一些过程控制，如造纸、食品工业中的控制系统。

第五，通信及联网。PLC 通信包括PLC 内部的相互通信及PLC 与其他智能装置间的通信。随着计算机技术的日益成熟，其控制功能也越发强大，工厂自动化也随之迅猛发展，各PLC控制器的厂商都非常看重PLC 的通信功能，争相发布各自的网络系统。最近出产的PLC 控制器都有通信的接口，使通信十分便利。

3 通风机自动化变频

通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理；因此，需要人为输入机械能来提高气体的压力并排送气体。当代的通风机普遍用于建筑、冶金等工程的通风、排尘和冷却，也可用于家用及空气调节，还有农作五谷的烘干和选送等。

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是一种电力控制装置，它应用了变频技术与微电子技术，它可以改变电机工作的交流电源频率，以此来控制交流电动机。变频器靠自身IGBT 的连接断开来调节输出电源的电压和频率，根据电机的现实需求来供给其所需的电源电压，进而实现节约能源、调节速度的目的，另外，变频器还有众多的保障功能，如常见的过载保护等，而且它是自动控制的，只需要事先设置好参数即可。

通过PLC 技术能达到通风机等各设备的自动化，从而有利于大幅度降低工作过程中存在的风险，人们仅需要对数据进行分析，就可以实现对各设备的控制，而某些原本需要操控的工作，如在加热过程中加入其他溶剂等，现在可直接实现自动化。同时，该技术还可以集中控制和监测通风机及其设备，达到多种功能一键操作和通风机房的无人值守，促进相关产业的快速、高效发展。

4 PLC 技术在通风机自动化变频中的应用

在通风机中应用PLC 技术，已经实现了自动化变频，通过提前编好的代码，进行控制和操作，指导通风机的正常切换和故障的快速识别以及解决[3]；同时还能进行数据分析和测试，自行建立数据库，制出直观曲线，当有故障发生时，即利用已有数据进行分析判断，对毁灭性的问题事先发出警报，进行操控，确保通风机的运行更加安全可靠。将PLC 技术应用于钢铁行业，不单能更好地调节各个过程的速度，使之能更有效地保障多进程的机械速度，而且机械控制又可以更好地提供一个安全有效的方式模拟，可以更加有利地促进钢铁工业的安全生产，所以在冶金工业中，PLC 控制是不可或缺的。