PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中的应用

郝雅哲

摘 要：主要阐述PLC相关概念，结合实际情况进一步阐述PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中的重要性。为了全面提高应用效果，深入探讨PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中应用的优化措施。通过上述研究，将对国家经济的发展和基础设施建设产生重要意义。确保在现代钢铁冶金企业中，电气自动化控制技术的应用能够成为提高生产效率、保障操作安全和优化产品质量的关键所在。

关键词：可编程逻辑控制器；钢铁冶金；电气自动化

APPLICATION OF PLC IN ELECTRICAL AUTOMATION CONTROL IN IRON AND STEEL METALLURGY ENTERPRISES

Hao Yazhe

（Hegang Xuansteel equipment Energy Department    Zhangjiakou    075000，China）

Abstract：This paper mainly expounds the relevant concepts of PLC， combined with the actual situation to further elaborate the importance of PLC in the electrical automation control. In order to improve the application effect， the optimization measures of PLC in electrical automation control of iron and steel metallurgy enterprises are discussed. Through the above research， it will be of great significance to the development of national economy and infrastructure construction. To ensure that in modern iron and steel metallurgical enterprises， the application of electrical automation control technology can become the key to improve production efficiency， ensure operation safety and optimize product quality.

Key words： programmable logic controller; steel metallurgy; electrical automation

0    前    言

在钢铁冶金企业的应用中，PLC可实现多种功能，如温度控制、压力监测、设备调度、物料配送等。通过PLC的编程能力，钢铁冶金企业能实现快速响应生产变化，提高生产效率和自动化水平，降低生产成本以及人力投入。

1    PLC简介

PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于控制工业自动化系统的电子设备，通过编程和逻辑运算来实现对工业生产过程的自动控制。PLC的发展可以追溯到20世纪60年代，起初主要用于替代传统的继电器控制系统，提高工业生产线的自动化水平。随着计算机和通信技术的快速发展，PLC也不断演进和改进，逐渐成为工业自动化领域中最为重要的控制设备。

PLC的基本组成包括电源、中央处理器（CPU）、存储器以及输入输出模块。电源提供电能供给，并确保PLC正常工作[1]。中央处理器是PLC的核心部件，负责执行编程的指令，并进行逻辑运算和控制。存储器用于存储程序和数据，包括RAM和EPROM等。输入输出模块负责将传感器和执行器与PLC相连接，接收输入信号并控制输出信号，具体结构如图1所示。PLC的工作原理是基于“输入-逻辑-输出”或“I/O”的方式。通过输入模块，PLC接收外部传感器的信号，例如温度、压力、位置等，然后经过中央处理器的逻辑运算和判断，根据预先编写的控制程序和算法，决定输出信号的状态，控制执行器如电机、阀门、传送带等的动作，实现对生产线的自动化控制。PLC可编程性使得用户可以根据实际需求编写控制程序，实现不同应用场景的灵活控制。同时还具有高速、高可靠性和可扩展性，可适应不同规模和复杂度的工业自动化系统。在此基础上，其具备抗干扰能力强、抗震性好、寿命长等优势，适用于各种恶劣工业环境。因此PLC可以用于机械加工、装配线、流水线、化工、能源、食品加工等各个行业。通过PLC的控制，可以实现生产过程的监控，提高生产效率、降低成本、增加产品质量。

随着科技的快速进步，PLC也在不断创新和发展。近年来，基于云计算、物联网和人工智能技术的智能化PLC得到越来越广泛的应用，从2015年至2020年，我国PLC行业市场规模总体呈现上升趋势，具体数据如表1，因此可以看出PLC行业市场巨大潜力，同时也可以得出，PLC性能十分强大，能够进一步提升工业自动化的智能化水平，进而得到广泛应用。

2    PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中的重要性

2.1    过程控制

在钢铁冶金过程中，温度、压力、流量等参数对产品的质量和性能至关重要。通过PLC实现过程控制，可以精确地控制这些参数，确保产品的一致性。比如，在炼钢过程中，通过PLC控制熔炼温度，可以控制钢材的力学性能，满足不同规格的产品要求。钢铁冶金生产是一个复杂的过程，涉及多个工艺步骤，而借助PLC实现过程控制，可以自动化控制各种操作，减少人工干预和操作错误的可能性，提高生产效率[2]。同时，PLC还可以根据实时的生产情况，自动调整操作参数，实现最佳化生产，提高生产能力。在此基础上，PLC能够确保设备按照安全规范进行操作，并及时处理潜在的安全隐患。比如，PLC可以监测温度传感器的异常，进而快速发出警报，避免温度超过安全范围，防止事故发生。

2.2    故障诊断和维护

钢铁冶金过程中，设备的故障可能会生产中断，而PLC系统能够实时监测设备的状态，及时发现故障，并通过相关的报警指示灯向操作人员提供警示。而且PLC还能通过设定自动诊断程序，分析故障的根本原因，快速定位问题所在，为维修人员提供有效指导。同时，故障诊断对于钢铁冶金企业的生产效率至关重要。通过PLC系统的自动诊断功能，可以在故障发生时迅速采取相应的措施，减少停机时间，并在最短时间内恢复设备的正常运行，从而最大程度地减少生产损失。设定好运行模式后，PLC系统可以实现对设备性能的分析，使钢铁冶金企业可以制定合理的保养计划，并采取预防性维护措施，及时调整设备的参数，延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性。

2.3    数据采集和处理

通过PLC系统，可以将采集的数据进行存储，这样不仅可以保留历史数据，还可以为企业的决策提供有力支持，从而快速找出问题的根源以及改进的方向。而且数据备份可以防止数据丢失，使企业能够随时获取关键的生产数据。而通过对历史数据进行分析，可以确定生产过程中的效率低下的环节，并采取相应的优化措施，提高生产效率。在此基础上，PLC系统可以与企业的ERP（企业资源规划）系统进行集成，实现数据的共享，使数据可以在不同部门和岗位之间进行传递，提高信息的传递效率，帮助企业实时了解生产情况，做出迅速调整。

2.4    灵活性和可扩展性

钢铁冶金行业处于竞争激烈的市场环境中，市场需求常常发生变化，而PLC系统可以快速响应市场需求的变化，根据新的产品规格以及质量要求进行调整，使企业具备快速适应生产需求的能力，提高生产线的灵活性。随着科技的发展和行业的进步，钢铁冶金企业需要对设备和工艺进行升级，在此背景下，PLC系统可以方便地与新设备进行集成，支持新工艺的改进，有效提升生产效率，适应市场的不断变化。而且得益于技术的进步，新的控制技术和功能不断涌现，而PLC系统可以快速集成先进技术，比如人工智能、大数据分析和物联网等，为企业提供更强的控制能力，进一步提升生产效益。

3    PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中应用的优化措施

3.1    优化IO配置

在项目规划和设计阶段，充分了解钢铁冶金过程中各个系统的IO需求，确定所需的输入输出模块类型和数量，避免资源不足的情况。将相关的模块归类放置，避免跨领域的IO模块混杂在一起。将逻辑上相同的信号通过内部或外部组合，减少IO的数量。具体可以将多个传感器信号可以通过信号复用或多路复用器进行合并，使得一个输入模块可以接收多个信号。对于不同时刻需要的信号，可以采用时间共享的方式共用同一个IO模块，进而充分利用IO模块的资源。在调试环节，针对IO配置进行充分的测试和优化。检查IO接线是否正确、稳定，确保信号的准确传输和采集。优化采样周期、阈值设定以及信号滤波等参数，提高系统的响应性。

3.2    编程规范化

采用结构化的编程方法，如使用模块化、层次化的程序设计和编程。将任务独立为一个子程序，使得程序逻辑清晰，易于进行维护。制定良好的命名规则和标准，采用有意义的变量名、函数名和模块名，能够直观地表达其功能，减少后续维护时所产生的困惑。在关键代码和算法处添加注释，解释代码的作用、原理和逻辑。并编写清晰、详细的文档，记录程序的设计思路、各模块的功能以及输入输出的定义等信息，使新人能够快速上手维护程序。针对具有通用性的功能或算法，将其封装成可重复使用的函数或模块，减少重复编写类似代码的工作量，提高编程效率。通过单元测试、集成测试和模拟环境等手段验证程序的正确性，提高程序的质量。

3.3    数据采集与处理

根据钢铁冶金过程实际要求，确定需要监测的参数，包括温度、压力、流量、电流等。

同时根据实际需求，优化数据采样周期。对于需要快速监测和控制的参数，可以采用较短的采样周期，以便及时响应[3]。而对于较为缓慢变化的参数，可以采用较长的采样周期，减少计算负荷。采集到的原始数据，应用滤波算法进行处理，以消除因噪声和干扰引起的错乱。其中常用的滤波方法包括均值滤波、中值滤波和低通滤波等，进而有利于后续算法和控制的准确性。而且还可以利用数据分析方法，发现隐含的统计关系、趋势以及异常现象，为冶金过程的优化提供参考。在此基础上，应当选择PID控制、模糊控制或模型预测控制等方式，调整控制算法的参数，保证系统的稳定性。最后应当合理选择数据存储结构，确保数据的安全性。

3.4    网络通信可靠性优化

合理设计网络拓扑结构，考虑网络设备的互联方式和布局，采用冗余路径和备份设备，减少单点故障的影响，提高通信的可靠性。结合当下互联网技术发展，将PLC系统与先进通信技术相融合，在提高网络通信可靠性的同时，大幅度改善网络通信效率，具体如图2所示。当然还需要考虑网络设备的性能、可靠性指标以及适应环境的能力，在满足需求的同时提供稳定的网络通信。除了硬件方面，软件方面也需要配置防火墙、入侵检测以及入侵防御系统，加密敏感数据，确保网络通信的安全性。同时也需要采取多种措施进行网络带宽管理，根据不同应用程序的需求，设置合适的带宽限制，避免网络拥塞以及数据丢失，改善通信的稳定性。为了进一步提高网络稳定性，应当采取多种措施监控网络设备的状态、流量以及错误情况，快速发现潜在的通信故障，进而采取相应的措施进行修复。在此基础上，应当结合钢铁冶金实际工作需求，选择合适的通信协议，并优化协议的配置参数，提高通信的稳定性。最后，相关部门需要确保系统具有自动恢复机制，从而应对通信链路中断的情况。

4    结    论

综上所述，在钢铁冶金企业中，PLC在电气自动化控制中发挥着重要的作用。通过PLC技术，钢铁企业能够实现对生产线的精确控制。而且PLC系统能够自动化执行复杂的操作，并且具有高度可靠性，这对于提高钢铁生产效率和质量至关重要。在此基础上，PLC的广泛应用使得钢铁冶金企业能够实现高效的电能控制、设备状态监测和故障诊断，从而实现生产过程的优化和管理。随着技术的不断进步，PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中的应用发展趋势将以应用范围扩大、数据采集和分析、网络化和智能化应用为主导，上述趋势将推动钢铁冶金企业实现更高效、更智能的生产过程，显著提升产品质量。

参考文献

[1]    徐晓佳.冶金智能制造中的工业自动化系统设计[J].冶金与材料，2023，43（11）：163-165.

[2]    周军.轧钢电气自动化中数字技术运用研究[J].冶金与材料，2023，43（10）：72-74.

[3]    张佳兴.基于PLC在冶金工业自动化中的应用研究[J].有色矿冶，2023，39（5）：41-43.