基于PLC控制系統(tǒng)的棒材軋線控制系統(tǒng)可靠性研究

馮貝芬

摘 要：分析PLC控制系統(tǒng)的基本結構以及PLC控制系統(tǒng)的硬件軟件組成來分析其在棒材軋線控制系統(tǒng)中的實際應用。在PLC控制系統(tǒng)應用功能的基礎上進一步探究其硬件可靠性、軟件可靠性等等，為進一步推動PLC控制系統(tǒng)的應用發(fā)展提供參考。

關鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；棒材軋線控制系統(tǒng)；可靠性研究

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

PLC控制系統(tǒng)是自動化的棒材軋線系統(tǒng)，有著極其廣泛的應用。PLC控制系統(tǒng)的全部功能都集中PLC上，有效推動了現(xiàn)代化冶金工業(yè)實現(xiàn)分散化、網(wǎng)絡化、智能化、數(shù)字化的發(fā)展。對于棒材軋線工作來說，復雜的工作環(huán)境，強烈的電磁噪音是其主要的組成部分。因此，棒材軋線對系統(tǒng)可靠性有著極高的要求。分析現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)的硬件軟件結構來進一步分析其在實際應用中的表現(xiàn)能夠更好地了解其所存在的不足，并為未來對其進行進一步的優(yōu)化提供參考。

1 PLC控制系統(tǒng)概述

（1）簡介。PLC控制系統(tǒng)時自動化棒材軋線冶金系統(tǒng)，其主要實現(xiàn)棒材軋線的基礎自動化以及過程自動化。PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對各種軋制速度的設定，以及各種速度級聯(lián)的調(diào)節(jié)、微張力的控制等等。通過應用PLC控制系統(tǒng)，棒材軋線的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率得到顯著的提升。許多年來PLC控制系統(tǒng)都實現(xiàn)了穩(wěn)定的應用并且創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

（2）工藝設備。在硬件組成上，PLC控制系統(tǒng)往往選擇GE90-30 PLC可編程邏輯控制器，這種設備能夠憑借簡單安裝配置以及可編程環(huán)境實現(xiàn)對流水線的繼承控制。這一套PLC控制系統(tǒng)有著極高的性價比。在GE90-30 PLC可編程邏輯控制器的協(xié)調(diào)下，操作臺、主軋線設備、冷床、設備控制、加熱爐、軋機換錕等等輔助設備實現(xiàn)一個系統(tǒng)的棒材軋線集合。

（3）網(wǎng)絡組成。PLC控制系統(tǒng)主要通過三種網(wǎng)絡方式來實現(xiàn)設備與設備之間的通信，進而實現(xiàn)設備控制與數(shù)據(jù)采集。其中傳動控制由DP網(wǎng)連接，上位機與控制芯片之間由Ethernet網(wǎng)絡進行連接。各個操作臺則是由雙網(wǎng)冗余的Genius的網(wǎng)絡進行連接。

（4）軟件組成。由于棒材軋線有著眾多的控制系統(tǒng)，因此其輸入與輸出眾多，控制結構與功能也相對復雜，在進行軟件配置時，往往是針對不同體系的機器進行模塊集成配置，主要的模塊部分包括信號采集、程序處理、信號輸出等等部分。另外，為進一步的實現(xiàn)系統(tǒng)效率的提升，PLC控制體系中還包括一部分提高系統(tǒng)可靠性與運行效率的軟件。軟件能夠分別實現(xiàn)參數(shù)控制命令傳遞、遠程操作命令傳送、系統(tǒng)的自我診斷、現(xiàn)場設備的保護等等。

2 可靠性研究

（1）硬件可靠性。PLC控制系統(tǒng)是為工業(yè)控制所進行的設計，因此，其電源環(huán)境、電磁環(huán)境和PLC環(huán)境，都有著專門的可靠性保障。針對其電源環(huán)境、電源電磁干擾抑制棒的使用能夠有效實現(xiàn)生產(chǎn)線功率的控制，保證其中諧波電流和諧波電壓對電源波形產(chǎn)生的影響。另外，抑制電網(wǎng)中高次諧波所使用的多項整流技術，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)電源質(zhì)量控制，并保證相關系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。對于外部電磁環(huán)境，PLC控制系統(tǒng)的電纜、信號線、電機等等都采用特殊的設計，在施工現(xiàn)場中，注意對線材進行接地設計能夠有效抑制電磁干擾?，F(xiàn)代企業(yè)多數(shù)為鋼結構廠房，接地設計需要進行特殊配置，另外為保證PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，接地點要盡量靠近PLC控制系統(tǒng)所在位置，并使得接地點與建筑物保持10到15米的距離。為保證硬件不受特殊情況損壞，設置硬件互鎖與連鎖功能。硬件自我控制系統(tǒng)中，安裝正反粒子計數(shù)器，實現(xiàn)對硬件設備的自鎖和互鎖，防止設備事故發(fā)生。

（2）軟件可靠性。軟件系統(tǒng)可靠性主要是通過在編程平臺上進行更好的程序設計完善來實現(xiàn)的，一般影響軟件可靠性的因素主要有軟件本身，因此在進行軟件編寫時，要針對軟件本身缺陷進行著重設計。其次，除了軟件本身以外，系統(tǒng)輸入和信號采集的錯誤，也會導致軟件運算出現(xiàn)錯誤，進而導致事故的發(fā)生。另外，存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸失誤，也會導致軟件錯誤的出現(xiàn)，針對軟件容錯性、魯棒性、抗干擾能力和故障診斷能力進行加強，能夠有效提升軟件的可靠性。為保證軟件容錯性，設置軟件備份，并對重要部位諸如CPU模塊、交互界面等等進行冗余設計，能夠有效保證軟件本身容錯性。提高魯棒性是指在軟件出現(xiàn)違反規(guī)范行為情況時能夠保證程序的穩(wěn)定運行。因此需要在軟件出現(xiàn)內(nèi)部預算錯誤死循環(huán)、邏輯錯誤等等問題時，能夠自動的進行變量賦值，PLC報警和動作跳出等等。通過加強軟件魯棒性能夠進一步保證軟件的軟件使用。

（3）網(wǎng)絡可靠性。對于PLC控制系統(tǒng)來說，其通信模塊容易發(fā)生故障，設置雙系統(tǒng)能夠有效解決通信故障的發(fā)生，當A網(wǎng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切換到B網(wǎng)，可以保證數(shù)據(jù)的正常傳送，以進一步保證程序的正常運行，由于數(shù)據(jù)采集錯誤和數(shù)據(jù)傳輸錯誤，會影響整個系統(tǒng)的命令傳輸和操作轉(zhuǎn)換，所以在進行數(shù)據(jù)傳輸過程中，要對數(shù)據(jù)進行合適的格式轉(zhuǎn)化設計，以保證數(shù)據(jù)在傳輸前傳出后，能夠準確無誤。

3 模擬軋鋼對于可靠性的提升

模擬軋鋼環(huán)節(jié)的設計能夠有效保證整個PLC控制系統(tǒng)在應用時的穩(wěn)定。一般模擬軋鋼分為兩種類型，首先是純軟件的模擬，其次是實際生產(chǎn)線的模擬。兩種模擬方法能夠分別實現(xiàn)對于軟件系統(tǒng)的檢測和對硬件、軟件系統(tǒng)雙系統(tǒng)的檢測。純軟件形式的模擬式應用數(shù)學模型檢驗來實現(xiàn)對整個棒材軋線的可靠性模擬。若軟件模擬通過，則基本保證整個系統(tǒng)無錯誤。第二種方法能夠更加細致，真切進行硬件系統(tǒng)的檢測，能夠更有效保證硬件設備在應用時不出現(xiàn)問題。

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代自動化的棒材軋線冶金系統(tǒng)對現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展有著極其重要的意義。由于棒材軋線冶金環(huán)境相對復雜，所以其對于可靠性有著極高的要求。分析PLC控制系統(tǒng)的基本結構與硬件軟件組成，來更好地了解到影響其可靠性的因素，是提升其可靠性的基礎。其可靠性的研究也應從其所具有的硬件軟件配置來分析。不同冶金廠本身有著諸多細節(jié)上的差異，所以要想有效提升其可靠性就要針對整體的影響因素來進行解決。諸如硬件電磁干擾、軟件錯誤、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡錯誤等等。要想進一步保證PLC控制系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化模擬能夠更準確地對PLC控制系統(tǒng)進行檢測分析，并保證硬件系統(tǒng)故障能夠被及時發(fā)現(xiàn)而不影響系統(tǒng)的運行。

參考文獻：

[1]房新亮.棒材軋線控制系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性分析[J].可編程控制器與工廠自動化，2010（04）：21-23.endprint