冶金设备电气传动系统的智能控制

尹振亭，赵占国

（天津天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

随着经济的发展，科技水平提升，我国钢铁冶金行业的竞争压力逐渐增大，因此企业在生产中纷纷采取创新模式，通过加大对信息化技术的应用提高生产质量和效率，有利于提高企业竞争力。PLC技术在电气自动化控制中的应用非常关键，提高了自动化控制水平，因此PLC技术在钢铁冶金企业中的应用具有广阔的发展前景，促进了我国钢铁冶金行业的长远发展[1]。

1 基本概念概述

1.1 电力传动系统

对于电力传动装置而言，其构成部分主要由电动机、传动机、控制设备，以及电源构成，这些部件设计了能量的多种形式转换，使得能量在电能、机械能之间进行密切的交换，进而将能源随时调动为自己所需要的能源状态，进而完成能量的分配且不会造成额外的浪费。在系统进行能量转换的过程当中，一方面严格按照设定的程序进行运转，另外一个方面也会结合当前自身的状况做出积极的调整，起到一个简要的自我保护机制，避免内在能量过于庞大造成自身器件的损伤。而且伴随着科技实力的逐渐加强，电能的运转效率和运转功率也越来越大，机械的自身属性也越来越烦杂，技术水平越来越高，这不单单是对于机械自身体积的扩大化演变，更是对于其内在构造的复杂化和精密化演变。这一切演变的目的，都是为了更好的实现电力的运输和调用。

1.2 智能控制系统

智能控制系统，是基于现代的科技文化水平，从自动化逐步延伸过来的具备一定自我判断能力的系统，这种系统的好处就在于可以大幅度精简人工操作的反应时间，实现短时间内的迅速反应，辅助人工进行一些复杂工程的实现，通常被运用在工业、农业、国防、通讯等领域，在冶金领域也有着很广泛的使用场景。其中PLC就是最为常见的一种智能控制技术，PLC 是可编程逻辑控制器的简称，PLC 技术是一种编程技术，通过编程对设备发出指令，从而可以对机械设备的运行进行操作，通过PLC 技术的应用可以提高钢铁冶金行业的产能，提高机械设备运行的效率，从而实现高效生产。另外通过 PLC 技术的应用可以提高资源的配置率，减少对能源的浪费，保护环境节约资源，实现节约型生产[2]。

2 冶金设备电气传动系统的智能控制的具体应用

2.1 信息采集和输入

基于冶金设备的新型自动化电气控制技术，其关键就是能够编程的控制芯片，工作人员可以按照应用场所的不一样而采取不一样的控制芯片。通常而言，一般会选择的可编程控制器的芯片，其特征表现为单位面积比较小、重量较轻以及损耗较低。然而有些时候也会参考目前的形势，工作人员会优先选取有着比较快的运算速度以及储存量比较庞大的控制芯片。基于冶金设备的新型自动化电气控制技术中的信息采集与输入是其计算过程的首先阶段，在实现编辑指令的控制过程中，对设备工作区域进行综合全面的扫描，采集到设备工作区域详细的数据信息，并对设备工作区域的具体状态进行整合评价与分析。

2.2 发送指令

在具体的冶金设备控制过程之中，会有诸多的控制变量，比方说压力等，这些控制变量始终是处于一个动态环境之下的，联系电气设备的运行需求，自动化能够市场的调改有关的控制变量状态，联系可编程控制器，能够最大化的模拟出控制过程中的变量，借助于一定的手段，完成控制变量的转换状态，模拟出控制变量的安全性达到预期状态，冶金设备对模拟量的运行追踪，进而提供及时有效的控制手段。在实际的应用过程之中，必须完成对基本功能的设置，用户选项能够被系统及时查明出来，之后发出稳定的程序指令，利用全面性的扫描设施，将设备工作现场的状态评判出来，根据设备的基本运行情况，可编程控制器可以完成自动化的计算与评判[3]。

2.3 指令执行

技术人员借助于冶金设备的自动化电气控制系统的操作指令，之后根据一系列的标准与要求对设备工作区域进行动态扫描，并按照现场的实际情况与现场指令要求进行综合的运算流程与分析。在自动化的电气控制过程当中，绝对不可以缺少的就是对数据的有效控制，这是一种最为基本的控制手段，比方说统计内容的控制、数学运算的控制，仅仅是就数据内容的控制来说，数据的处理速度相应的就会比较高，利用基于冶金设备的新型自动化电气控制技术能够自主完成编程规划，利用对数据内容的分析，进一步实现自动化的电气指令。

2.4 数据信号分析

当冶金设备的控制变频器开启之后，其速度传感器就会检测出目前工作设备的扇风机速度，并立即将信号转变为8mA～30mA的模拟电流信号，并送进设备的模拟量扩展环节中作为实际测速值；冶金设备接收到速度信号以后就会立即和既定的速度值进行对比，同时与底部传感器测评到的其他参数进行对比，进而计算出控制量从模拟量扩展模块输出值为0V～10V的电压信号变频器，变频器按照输进电压信号的变化幅度，控制电动机进行调整，从而控制处在工作状态的扇风机的具体数目，以及扇风机的运行参数，进而完成自动化电气控制。在冶金设备的运行过程中，比较常见的生产原料与产品称重，是需要同时把获取数据进行有效整合的，这均是目前阶段基于冶金设备的新型自动化电气控制技术在实际应用过程中能够在短时间完成的，其在一定意义上大大提高了设备的自动化控制程度，从为冶金行业的生产效率提供了有力保证。

3 PLC在钢铁钢渣处理线系统的应用实例

本文研究的钢渣处理线主要设备有卷扬机、链板给料机、皮带机、鄂破机、除铁器、振动筛、振动给料机、棒磨机、回转筛和精选机。其中，由于棒磨机的功率高达500kW，选用了10kV高压电机，其他电机都是使用380V三相交流异步电机。除了以上设备外，生产线还有一些辅助设备，比如报警器、盘车、水泵、皮带秤、电动执行阀、除尘器等。PLC 系统是整个自动化控制系统的核心部分，也是自动化系统的大脑。控制柜设计及元器件选型是否合理，关系着整个系统能否安全稳定运行。

3.1 PLC选型

根据输入输出点统计，本项目需要配置DI数量为184个，DO数量为77个，合计共261个点数。PLC按照点数可以分为小型、中型和大型PLC，其中小型PLC点数一般在128点以下，中型PLC点数在128～2048点之间，大型PLC点数在2048点以上，所以本项目采用中型PLC。

3.2 PLC硬件配置

西门子中型PLC主要有S7-300系列，CPU模块主要分为紧凑型、标准型、运动控制型和故障安全型这四种。本项目对运动控制和故障安全没有特殊要求，支持运动控制和故障安全的CPU成本较高，所有本项目不采用这两种。本项目采用西门子中型PLC，需配置一路RS485/MPI接口，用于监控鄂破机，一路网络接口，用于编程调试和中控监控，还需配置RS485/MODBUS接口，用于采集仪表数据。在对CPU选型时，出于成本考虑，在满足技术要求的前提下，尽快选用成本较低的方案。通过对紧凑型和标准型CPU进行技术和成本方面对比，本论文CPU模块选用的型号是CPU 314C-2 PtP，该CPU模块本体集成了24路数字量输入，16路数字量输出，5路模拟量输入和1路模拟量输出，本体上也集成一个RS485接口和一个网络接口。按照前面统计的DI/DO点数，配置了5个32点数字量输入模块和2个32点数字量输出模块，实际DI点数为184个，DO点数为80个，该配置满足需求。CPU 314C-2 PtP本体上集成了一个RS485接口，该接口支持MPI/DP协议，该接口可以作为鄂破机通信接口。通过MODBUS通信协议的设备共有52台，若将52台设备全部用一个RS485进行采集的话，数据更新周期较长，若出现几台设备出现通信故障，数据更新时间将会更长，考虑到通信扫描周期，配置两个RS485/MODBUS接口进行采集数据。PLC硬件配置如图1所示。

图1 PLC硬件配置

本项目采用了两台S7-200 SMART作为MODBUS主站，其中一台专门采集皮带机数据，其余仪表挂在另一台S7-200 SMART上。CPU本体没有集成RS485/MODBUS接口，需另外配置模块，S7-300中通信模块CP 341支持MODBUS协议，CP 341可以配置成MODBUS主站或者从站，CP 341模块加上MODBUS授权成本突破万元，出于成本的考虑，在本系统中不考虑这种通信方式。西门子PLC在网络通信方面比较强大，不同系列的PLC可以通过网络进行数据交互，采用西门子小型PLC作为采集数据MODBUS主站，可以大大节省成本，在本系统中采用西门子S7-200 SMART系列 PLC，型号为 ST20，空开、中间继电器采用施耐德品牌，端子排采用魏德米勒品牌。在 PLC程序编程和组态画面设计完成后，可以利用西门子仿真软件 S7-PLCSIM 进行调试，可以减少现场调试时间和成本。

3.3 应用成果

系统调试完成后，交付给客户使用，到目前为止，系统稳定运行，运行情况良好，基本达到使用要求。

综上所述，在钢铁冶金行业中应用 PLC 技术可以提高生产的质量和效率，并降低生产环节中的危险系数，保障工作人员的安全。随着我国钢铁冶金行业的不断发展，PLC 技术的应用领域扩大，在各环节中 PLC技术的应用可以发挥自动化水平，提高钢铁冶金的技术，实现系统精准化控制。在未来发展过程中要加大对自动化控制技术的研发，完善 PLC 技术的应用，优化传统生产流程，促进我国钢铁冶金行业的长远发展。