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PLC技术在轧机电气自动化控制系统中的应用
作者：段利威
来源：《中国科技博览》2013年第26期
[摘 要]在现代电气自动化研发与制造领域中PLC控制技术的应用范围日趋广泛 而且发挥了重要的作用。与传统的电气化控制装置相比PLC控制技术的应用以微处理器为基础，而且综合了自动控制技术、计算机技术、继电器控制技术、通讯技术的优势，有效促进了其应用领域的不断拓展。文章结合PLC的基本构成和特点，就PLC在电气自动化控制中的应用进行了分析，并PLC在轧机电气自动化控制中的应用实例进行了论述。 [关键词]轧机 控制系统 PLC 应用
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-249-01 一、前言
PLC（Programmable logic Controller）是可编程序控制器的缩写，是以微处理器为基础，综合了计算机、通信、互联网以及自动控制技术而开发的一种工业控制装置。起源于70年代，并成功在汽车工业中投入使用，到了90年代随着PLC的处理速度、运算和控制功能的不断商品化，使其不断地向电气—仪表—计算机控制一体化前进。到目前为止，基于PLC技术作用在产品的生产和应用中以集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）为主要控制系统形式。PLC在电气设备中主要具有以下一些功能，开关量的逻辑控制、运动控制、模拟量控制、过程控制、数据处理、通信联网等。随着PLC功能的不断提高，PLC几乎可以完成电气设备控制领域的所有任务。很多情况下，PLC可以取代工业控制计算机作为主控器来完成复杂的电气设备自动控制任务，目前已在钢铁企业广泛应用。 二、PLC的基本构成
PLC主要可以分为箱体式和模块式两种，它们的组成是相同的，箱体式 PLC由一块 CPU 板、I/O板、显示面板、内存块、电源等组成，按CPU性能分成若干型号，按 I/0 点数又有若干规格。对模块式PLC，由CPU模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。 三、PLC的特点
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为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC在电气设备自动化控制中主要表现出以下特点：可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，易学易懂，应用普遍，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等。
1.可靠性高，抗干扰能力强。工业生产对控制设备的可靠性要求即要求设备的平均故障间隔时间长、故障修复时间（平均修复时间）短。
2.通用性强，控制程序可变，使用方便。PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统。硬件确定后，不必改变PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。
3.功能强，适应面广。现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。
4.编程简单，容易掌握。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量。由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。 6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 四、PLC在电气自动化控制中的应用
机床是一种典型的机械、液压、电气一体化协同控制的通用加工机床。其液压、电气配合时间的控制部分，故障率高，故障现象多变，不易排除。将 PLC 灵活应用与机床电气控制中，完全取代了传统的机床电气控制中以继电器、接触器为主体的控制装备。充分利用 PLC 的可靠性和时间控制的精确性对其进行改造，实时显示各主体设备的状态变化及故障报警画面，组成控制、监管相结合的一体化系统，这样可以获得理想的效果。这种新型的直流调速自动化系统，主要包括开发一套由高压开关柜、整流变压器、电枢整流柜、司机控制台、PLC柜、低压配电柜和上位监视机等组成的全数字自动化副井提升电控系统，使用直流电动机更换一套PLC控制信号操车设备。由于硬件电路均采用大规模和超大规模集成电路，元器件少、结构简单、故障点少、可靠性高。硬件采用以总线联系的模块化结构，控制算法和系统控制利用软件完成具有可构置性，可以进行功能扩展，运行灵活。PLC微处理器的使用，以及整个控制功能与调速算法均由软件完成，使得控制精度高，稳定性好。全数字控制的直流拖动系统运行效率高，无功能耗低，节约电能，减少维护费用。目前，PLC在国内外应用范围大致可归纳为以下几种：
1.开关量的逻辑控制。这是PLC 最基本、最广泛的应用领域。它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。
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2.运动控制。PLC 可用于直线运动或圆周运动的控制。目前，制造商已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。动的程序可用PLC的语言完成，通过编程器输入。
3.闭环过程控制。PLC通过模拟量的I/O模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A 转换，可实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的PID控制。
4.数据处理。数据处理一般用在大中型控制系统中；具有CNC功能：把支持顺序控制的PLC与数字控制设备紧密结合。
5.通讯连网。PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和它的智能设备之间的通讯。PLC和计算机之间具有RS-232接口，用双绞线、同轴电缆将它们连成网络，以实现信息的交换。
五、PLC在轧机电气自动化控制中的应用
轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。轧机的主要设备有工作机座和传动装置。并不是所有的PLC都具有上述的全部功能，有的小型PLC只具上述部分功能，但价格比较便宜。在PLC在轧机的运行过程中，主要分四大类操作：公共操作、I/O操作、执行用户程序、服务外设。 六、结束语
随着电气自动化控制技术的提高，推动PLC的发展，计算机技术的新成果更多地应用于PLC的设计和制造，出现了运算速度更快、存储容量更大、智能更强的电气设备产品。在未来电气设备产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种电气设备自动化控制场合的需求，而PLC和其它工业控制计算机组网构成大型的电气设备控制系统是 PLC 技术的发展方向之一。 参考文献：
[1] 王树义，刘小静.PLC自控系统在选煤系统中电机短路故障原因分析及改造[J].煤质技术，2008（4）：62-64.
[2] 史代红，李锦龙，张丽丽，邸红霞.宣钢2500m-3高炉自控系统中新技术的应用[J].电气时代，2008（5）：158-160.