基于PLC实现的炼钢脱硫扒渣机自动控制

谢成舟

摘要：本文介绍了基于 PLC实现的炼钢脱硫扒渣机运行系统基本设计思想，重点阐述了比例阀的工作原理及 PLC控制技术在炼钢脱硫扒渣机控制系统中的应用，并对扒渣机运行系统进行了优化设计。

关键词： PLC；扒渣机；比例阀；液压系统

脱硫扒渣机是钢铁企业应用最广泛的一种自动化设备，它可实现自动卸料、自动翻渣等功能，同时它也是钢铁企业必不可少的关键设备。传统的扒渣设备采用继电器控制，通过接触器、接触器串联组合等电路对电动机、电磁阀、液压站等进行控制。但是由于接触器不可靠，故障率较高。本文采用 PLC控制技术对脱硫扒渣机进行控制，使设备更加稳定可靠，同时也提高了设备的工作效率，降低了运行成本。

脱硫扒渣机运行系统基本设计思想

PLC技术在脱硫扒渣系统中的应用

PLC技术在脱硫扒渣机运行中的控制方法

比例阀控制原理

模拟量输入/输出接口电路

信号放大与处理

系统软件设计

1、前言

随着我国社会经济的快速发展，在节能减排、保护环境等方面也提出了更高的要求。近年来，我国工业企业也在逐步进行环保转型，很多企业都采用了脱硫扒渣机进行设备改造。在工业企业中，脱硫扒渣系统的应用能够有效提高生产效率、降低生产成本、减少污染物排放，有效保障企业安全生产。本文主要研究了基于 PLC实现的脱硫扒渣系统控制，该系统主要包括 PLC、比例阀等设备，利用 PLC技术实现对脱硫扒渣系统的控制，从而能够有效降低污染物排放，促进环保事业的发展。本文以某脱硫扒渣系统为例，详细阐述了该控制系统的设计方法和实施过程。

2、1脱硫扒渣机运行系统基本设计思想

基于 PLC实现的脱硫扒渣机控制系统主要包括比例阀、 PLC、变频器等设备，其控制系统基本设计思想如下：首先，控制系统在运行过程中，利用变频器进行变频调速，将液力变矩器中的流量进行实时调整，从而能够实现对流量的调节。其次，在脱硫扒渣机运行过程中，利用 PLC进行程序编程，利用变频器实现对比例阀的控制。最后，利用变频器和 PLC共同控制比例阀的开关。具体地来说，脱硫扒渣机系统工作过程中所涉及到的参数主要包括流量、液力变矩器、电动机和变频器等设备。当液力变矩器的输出流量降低时，比例阀会自动打开，使液体流量增加；当液力变矩器的输出流量增加时，比例阀会自动关闭，使液体流量减少。通过这种方式能够有效提高脱硫扒渣机运行效率和质量。

2、2 PLC技术在脱硫扒渣系统中的应用

PLC技术在脱硫扒渣系统中的应用，主要包括三个方面：首先，进行 PLC控制程序的编制；其次，进行 PLC程序的调试；最后，通过现场调试完成脱硫扒渣系统的自动运行。

第一，进行 PLC程序编制。该脱硫扒渣系统控制主要由 PLC控制程序、网络通讯程序以及人机界面程序组成，其中 PLC控制程序主要包括：设备启停控制、参数设定、数据采集和显示、故障报警等；网络通讯部分主要包括：串口通讯、以太网通讯和现场总线通讯等。

第二，进行现场调试。该脱硫扒渣系统中，有两台扒渣机需要进行自动运行，两台扒渣机的运行要求是：一台扒渣机在运行过程中，另一台不能自动运行；两台扒渣机需要同时动作，才能保证整个系统的正常运行。

2、3 PLC技术在脱硫扒渣机运行中的控制方法

脱硫扒渣机中的 PLC技术主要是应用在脱硫系统中，其主要功能包括：实现对比例阀的控制，实现对扒渣机运行中各部分的监控，对各设备的运行状态进行检测，并将检测结果传递给 PLC控制系统，进而实现对扒渣机运行状态的控制。PLC控制系统中主要包括两个部分：一是对比例阀的控制，二是对扒渣机的运行状态进行检测。其中，比例阀主要是对扒渣机的运动速度进行控制，同时还能实现扒渣压力的调节。根据该系统要求，可以选择 PLC作为比例阀控制器，将其与 PLC进行连接，利用 PLC中的地址分配功能，将 PLC地址分配到相应的系统上，从而实现对比例阀控制的目的。

2、4比例阀控制原理

比例阀的工作原理与电磁比例阀类似，只是在控制精度上比电磁比例阀更高，其控制原理如下：

比例阀是利用负载的变化来改变阀芯与阀体间的相对位置，从而实现流量调节的目的。由于负载是可变的，所以可以通过改变负载变化量来改变其流量，从而实现流量调节。但负载变化量仅能作为一种辅助手段，不能完全代替比例阀。因为在实际应用中，负载的变化量远远大于比例阀的流量变化量。而利用比例阀所得到的流量误差也大于利用电磁比例阀所得到的流量误差。因此，在实际应用中，应当综合考虑负载变化量、负载变化速度、控制精度等因素，选择合适的控制参数。

2、5在本次脱硫扒渣系统中，其控制参数如下：

模拟量输入/输出接口电路

模拟量输入/输出接口电路是整个 PLC系统的核心，也是整个系统的基础。模拟量输入/输出接口电路主要由模拟量开关、接口模块、信号隔离模块组成，其具体电路结构如图2所示。

在模拟量输入/输出接口电路中，需要将模拟量开关接入到 PLC系统中，再利用 PLC的控制功能实现对模拟量信号的检测、转换、处理以及显示等功能。当需要对模拟量进行采样时，可以将开关接入到模拟量输入/输出接口电路中，此时就能够实现对模拟量信号的采样。此外，为了使 PLC系统能够更好地进行工作，还需要将模拟量信号进行隔离处理。在本设计中，采用了两级隔离方式对模拟量信号进行隔离，第一级是将模拟量输入信号直接接入到 PLC中；第二级是将模拟量输出端直接连接到 PLC的A/D模块中。这样就能够有效减少模拟量输入/输出接口电路对 PLC工作产生的影响。

2、6信号放大与处理

信号放大与处理是整个系统的关键，为了提高信号处理效果，在进行信号放大与处理时，可以采用模拟量放大器、A/D转换器等设备。由于该脱硫扒渣机控制系统中的比例阀采用了闭环控制，所以要想实现比例阀的精确控制，需要保证比例阀的开环增益在1左右。通常情况下，开环增益为0~10倍，这就要求在实际工作中要将开环增益控制在10~15倍之间。为了更好地实现比例阀的闭环控制，可以采用模拟量放大器对比例阀进行放大，如果需要对信号进行放大处理时，则可以将模拟量放大器安装在 PLC内部。当比例阀处于闭环控制状态时，如果出现开环增益为0~10倍的情况，那么可以将模拟量放大器安装在 PLC内部。在模拟量放大器中，需要设置相应的电源和限幅电路，并根据现场情况对信号进行处理。通常情况下，需要将其设置为-20~+20V的输入电压范围。

2、7系统软件设计

在脱硫扒渣机系统中，系统的软件设计是十分重要的，可以有效确保控制系统的稳定性和可靠性。在脱硫扒渣机控制系统中，需要对各个设备进行合理的设定和控制，实现对整个系统的监控和管理。因此，要做好软件设计工作，实现对各个设备的自动化控制。

首先，对整个系统进行初始化操作，将 PLC中的一些寄存器进行设置，然后在主程序中完成初始化操作，同时在子程序中完成相关指令设置。在系统中设置好各个设备的初始参数后，利用这些参数对各个设备进行控制。例如： PLC程序中设置好比例阀的开度，然后再利用 PLC程序实现对比例阀开度的控制。

其次，系统运行过程中，需要根据设定好的程序进行操作。在设定好各个设备后，在主程序中启动各个设备进行工作。当主程序开始运行后，如果需要停止某个设备或者取消某个设备时，要根据实际情况将其暂停或者取消。当主程序运行结束后，再对主程序进行重启。当主程序重启后，各个设备就可以继续工作。再次，对系统进行监控。在脱硫扒渣机控制系统中，要实现对各个设备的实时监控，可以在 PLC程序中设置好监控程序。如果系统中出现异常情况，或者故障问题时，要及时将其反馈到 PLC程序中，实现对整个系统的监控和管理。

最后，对各个设备进行控制。在实际操作过程中，如果需要改变某个设备的工作状态时，可以通过控制输入输出等方式来改变该设备的状态，然后将其反馈到 PLC程序中，从而实现对各个设备的控制。最后，系统能够通过输出的数据或信息，实现对系统的监控，从而保证整个系统的稳定运行。

3、结束语

通过本文的研究，可以看出，基于 PLC技术在脱硫扒渣机控制系统中的应用，对于提高扒渣机运行效率和质量具有十分重要的意义。在脱硫扒渣机控制系统中，需要结合实际情况选择合适的 PLC控制器，并将其应用于脱硫扒渣控制系统中。在实际工作中，应当综合考虑各个方面因素，如：控制精度、运行速度等。只有这样才能确保脱硫扒渣机控制系统的稳定性和可靠性。综上所述，在脱硫扒渣机运行控制系统中，采用 PLC技术能够实现对各种设备的自动化控制。同时，还能有效提高系统运行效率和质量。在实际工作中，需要结合脱硫扒渣机运行要求和特点进行选择。具体而言，需要从以下几个方面进行考虑：首先，要保证控制精度和运行速度；其次，要保证设备运行稳定可靠；最后，要保证系统安全可靠。

4、结论

本文主要研究了基于 PLC技术在脱硫扒渣机控制系统中的应用问题。首先，对 PLC技术在脱硫扒渣机控制系统中的应用进行了分析和研究；其次，对脱硫扒渣机控制系统中比例阀控制原理进行了详细分析；最后对脱硫扒渣系统中 PLC技术的应用进行了分析。

参考文献

（1）《新编PLC电气工程师手册》PLC在实际应用中注意的问题

（2）《PLC编程手册》