PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

韋日禎

摘 要：在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，PLC型DCS控制系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。該應(yīng)用主要是利用單回路微機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)與計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)三者共同作用，強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的集中操作，在自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)分層控制。分層控制可以對(duì)人機(jī)直接的關(guān)聯(lián)得以區(qū)分，提高計(jì)算機(jī)在運(yùn)行上可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)控制。本文通過(guò)PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用，解決計(jì)算機(jī)操作中的缺陷，確保PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用的穩(wěn)定性，希望為相關(guān)操作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：PLC型DCS控制系統(tǒng) 自動(dòng)化生產(chǎn)線 電子控制系統(tǒng)

在20世紀(jì)90年代，DCS控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，在應(yīng)用和開(kāi)發(fā)期間逐漸地轉(zhuǎn)移到PLC型DCS控制系統(tǒng)中。該系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)工業(yè)自動(dòng)化，發(fā)揮更多符合自動(dòng)化生產(chǎn)線需求的作用，自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)化生產(chǎn)線的領(lǐng)域在PLC型DCS控制上不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。利用計(jì)算機(jī)的融合，PLC型DCS控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線行業(yè)中獲得了更靈活性和穩(wěn)定效果，PLC型DCS控制系統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)集成讓工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)獲得更高價(jià)值。

1 自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)相結(jié)合。利用單回路微型計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了分層分級(jí)控制功能，控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理和應(yīng)用。與傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)線相比，PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)不斷降低，對(duì)生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率顯著提高并取得更高的安全性。在DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行中，集成到PLC編程調(diào)試上，以提高自動(dòng)化生產(chǎn)線的電子控制的靈活性。添加PLC編程，根據(jù)生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程做編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的控制，提高了生產(chǎn)效率，避免控制系統(tǒng)受到不穩(wěn)定因素的影響。在自動(dòng)化生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)上，利用計(jì)算機(jī)軟件、硬件和控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的工程師、技術(shù)人員、操作人員為主要構(gòu)成方式。企業(yè)在生產(chǎn)線運(yùn)行上通過(guò)多層化的數(shù)據(jù)接口管理做到連接目的，可以做到控制原材料的軋制和轉(zhuǎn)運(yùn)等軌跡運(yùn)行，并在自動(dòng)系統(tǒng)中控制生產(chǎn)中需要的數(shù)據(jù)參數(shù)，做到控制自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。本文以某鋼鐵廠中冷軋板帶鋼自動(dòng)化生產(chǎn)的電子控制系統(tǒng)為例，依據(jù)冷軋板帶軋制和生產(chǎn)運(yùn)行流程的控制，以熱軋板作為原料，通過(guò)開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷、激光焊機(jī)焊接、酸洗槽酸洗處理、到最后軋機(jī)的軋制以及卷取機(jī)的卷取的控制過(guò)程，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的電子控制做探索，提高對(duì)PLC型DCS控制系統(tǒng)的認(rèn)知[1]。

2 PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

假設(shè)在某鋼鐵廠的冷軋板帶生產(chǎn)是采用PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)運(yùn)行，以熱軋板作為原料，通過(guò)開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷、激光焊機(jī)焊接、酸洗槽酸洗處理、到最后軋機(jī)的軋制以及卷取機(jī)的卷取等生產(chǎn)工藝參數(shù)的控制，根據(jù)工藝要求利用參數(shù)在系統(tǒng)中的提前設(shè)定，采用自動(dòng)化控制的方式做到電子控制的自動(dòng)化運(yùn)行。在軋鋼車間控制室由操作人員通過(guò)HMI人機(jī)交互界面根據(jù)生產(chǎn)車間運(yùn)行中產(chǎn)生的工藝及機(jī)械參數(shù)做控制的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理生產(chǎn)和自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行。電氣技術(shù)人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)管、程序調(diào)試以及設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)，讓系統(tǒng)做好對(duì)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和通訊網(wǎng)絡(luò)的正常，讓系統(tǒng)在運(yùn)行中提高安全性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)控制主要是依據(jù)實(shí)際情況，做好生產(chǎn)線的維護(hù)和操作，操作控制區(qū)分為酸洗入口操作區(qū)和圓盤(pán)剪操作區(qū)、軋機(jī)操作區(qū)等主控區(qū)域，采用PLC型DCS控制系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)控制模塊，完成冷軋板帶生產(chǎn)線的DCS控制系統(tǒng)的統(tǒng)一化管理模式，做好集中操作分散控制的目的，從而提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性[2]。

2.1 PLC型DCS控制系統(tǒng)功能介紹

PLC型DCS控制系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)電子控制系統(tǒng)的功能首先體現(xiàn)在冷軋板帶鋼的生產(chǎn)自動(dòng)化控制的核心，其核心采用的是西門(mén)子控制單元，利用總線PROFIBUS-DP做現(xiàn)場(chǎng)通訊，在系統(tǒng)實(shí)際操作的運(yùn)行中用總線模式下的控制單元做DCS控制，達(dá)到內(nèi)部系統(tǒng)完成自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。這個(gè)過(guò)程需要依據(jù)系統(tǒng)中設(shè)備的啟動(dòng)順序，確保在設(shè)備啟動(dòng)后，可以按照各個(gè)功能參數(shù)做控制設(shè)置。同時(shí)設(shè)計(jì)啟停時(shí)間，讓設(shè)備中的狀態(tài)字反饋信號(hào)匹配到生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用中，利用狀態(tài)字的反饋對(duì)相應(yīng)的組號(hào)做搜索功能。通過(guò)設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部所編程的邏輯實(shí)現(xiàn)擬定的任務(wù)要求，讓DR管腳可以獲取系統(tǒng)邏輯運(yùn)行后的計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的運(yùn)行控制，利用點(diǎn)擊達(dá)到狀態(tài)的掌控，經(jīng)過(guò)有效掌控實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制要求，再經(jīng)過(guò)信號(hào)的繼續(xù)傳遞，實(shí)現(xiàn)程序過(guò)程控制。在實(shí)際生產(chǎn)線應(yīng)用過(guò)程上，系統(tǒng)的電機(jī)開(kāi)啟操作正常是控制在1s之內(nèi)，在啟動(dòng)時(shí)間≥1s時(shí)，運(yùn)行系統(tǒng)和機(jī)器都是正常狀態(tài)且沒(méi)有故障的情況下，可以利用延遲程序?qū)?dòng)時(shí)間做延長(zhǎng)。電機(jī)在連鎖上主要有設(shè)備相關(guān)連鎖、啟動(dòng)和運(yùn)行連鎖，在設(shè)定時(shí)“1”表示連鎖成功，正常啟動(dòng)設(shè)備，“0”表示連鎖失敗無(wú)法對(duì)程度進(jìn)行啟動(dòng)[3]。連鎖正常啟動(dòng)后，會(huì)由技術(shù)人員在程序中根據(jù)狀態(tài)字的反饋?zhàn)龀鲞B鎖指令的輸出，在得到控制信號(hào)后進(jìn)入功能區(qū)域，這時(shí)就可以得到指令接收，也可以將指令傳輸出去。連鎖在啟動(dòng)過(guò)程需要按照規(guī)定的指令和流程做啟動(dòng)操作，才能確保設(shè)備系統(tǒng)的正常開(kāi)啟與運(yùn)行工作。在生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)中，實(shí)際應(yīng)用會(huì)將電機(jī)所有的控制字看成整體，再通過(guò)字節(jié)向功能模塊做信息和指令的傳輸。啟停原理如下圖1所示。

在冷軋板帶鋼整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制上，是工程師、技術(shù)人員、操作員在原有的組成上再利用軟件構(gòu)成新的組成，并對(duì)新的組成加以控制。在PLC型DCS控制系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控，使用通信總線將相關(guān)數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，然后實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理、通信模塊等操作。DCS控制系統(tǒng)的正常操作可以確?？刂谱詣?dòng)化生產(chǎn)線上的鋼材生產(chǎn)，并起到簡(jiǎn)化人工、完善自動(dòng)化控制、提高生產(chǎn)率的重要作用[4]。

2.2 PLC型DCS控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件

自動(dòng)生產(chǎn)線的電子控制系統(tǒng)是具有獨(dú)立性的，與PLC型DCS控制系統(tǒng)是不同的自主運(yùn)行系統(tǒng)，并且擁有不同的特征，在對(duì)生產(chǎn)控制上作用也有所不同。不過(guò)在自動(dòng)化生產(chǎn)線操作中，由于兩個(gè)系統(tǒng)有著總線網(wǎng)絡(luò)的連接，兩個(gè)系統(tǒng)還同時(shí)存在著網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此在生產(chǎn)運(yùn)行上需要將兩個(gè)系統(tǒng)看成一個(gè)整體。利用以太網(wǎng)作為通訊中介模式，可以做到對(duì)控制系統(tǒng)的控制站服務(wù)的功能，同時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)的準(zhǔn)確性做服務(wù)。以太網(wǎng)的接入有效讓計(jì)算機(jī)在通訊上起到控制站和操作共同穩(wěn)定可靠的性質(zhì)，確保數(shù)據(jù)參數(shù)在傳輸過(guò)程上的穩(wěn)定[5]。

計(jì)算機(jī)內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)主要起到控制現(xiàn)場(chǎng)模板和各站點(diǎn)之間狀態(tài)的操作，滿足操作過(guò)程協(xié)調(diào)性，傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)隨著操作有所增加，并提高了傳輸速度。在PLC型DCS控制系統(tǒng)中，主要包括網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件、程序控制。因此，在實(shí)際操作中，為了更好地允許PLC型DCS控制系統(tǒng)發(fā)揮作用，通常建立通信系統(tǒng)，并且建立整體設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，確保PLC型DCS控制系統(tǒng)在操作中的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)正常運(yùn)行下管理器會(huì)自動(dòng)在生產(chǎn)線中完成電子設(shè)備發(fā)出的任務(wù)指令，并根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)功能。

2.3 軟件功能設(shè)計(jì)

2.3.1 監(jiān)控功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件一般是起到監(jiān)控電子系統(tǒng)整體的運(yùn)行情況，并通過(guò)監(jiān)控到的問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)做日常檢修維護(hù)。電子系統(tǒng)主控板的運(yùn)行狀態(tài)可以起到對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行中檢測(cè)的作用。在運(yùn)行過(guò)程中還包括設(shè)備故障檢測(cè)，并準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的區(qū)域位置和故障類型，并在檢測(cè)到故障后及時(shí)通知相關(guān)維修人員，第一時(shí)間對(duì)發(fā)現(xiàn)故障的位置做相應(yīng)維修對(duì)策，避免影響自動(dòng)生產(chǎn)線運(yùn)行，從而造成不必要的損失[6]。

2.3.2 控制功能

通常電子控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程上，具體運(yùn)行情況和生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)參數(shù)都會(huì)通過(guò)監(jiān)控界面?zhèn)鬏敳@示，相關(guān)工作人員根據(jù)界面的顯示做實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，迅速判斷出運(yùn)行系統(tǒng)的故障所在區(qū)域位置和故障具體類型。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)還可以將故障信息及時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)做保存，技術(shù)人員通過(guò)保存信息對(duì)主控板做分析，及時(shí)查找到故障原因，根據(jù)原因做出維修方案。自動(dòng)生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)下，計(jì)算機(jī)就會(huì)變成PLC型DCS控制系統(tǒng)做管理，依據(jù)運(yùn)行情況做到自動(dòng)控制的目的，這就可以杜絕系統(tǒng)在運(yùn)行上出現(xiàn)其他操作問(wèn)題，或者出現(xiàn)不在系統(tǒng)設(shè)定內(nèi)的問(wèn)題引發(fā)故障。保障系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，主要是通過(guò)用戶所具有的操作權(quán)限和優(yōu)先決定的權(quán)決定系統(tǒng)可以持續(xù)安全運(yùn)行。如表1內(nèi)容可以看出，一般會(huì)利用遙控和手動(dòng)雙模式來(lái)限制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先設(shè)置的權(quán)利，避免多個(gè)系統(tǒng)在共同操作下，出現(xiàn)操作失誤的情況導(dǎo)致故障發(fā)生。利用PLC型DCS控制系統(tǒng)可以快速提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在后期運(yùn)行中也可以保障系統(tǒng)安全，利用計(jì)算機(jī)的協(xié)助實(shí)現(xiàn)快速找到故障，并維修故障。

2.4 通信軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通常情況，該系統(tǒng)具有一定的權(quán)限通信協(xié)議，常用的是MODBUS協(xié)議和RTU的通信模式做數(shù)據(jù)的采集和儲(chǔ)存。當(dāng)使用該協(xié)議時(shí)，需要驗(yàn)證數(shù)據(jù)收集內(nèi)容，用16位CRC執(zhí)行系統(tǒng)通信模式的驗(yàn)證工作，以確保在操作期間系統(tǒng)的可靠性。PLC型DCS控制系統(tǒng)在接收到任務(wù)時(shí)，單元數(shù)據(jù)信息被發(fā)送到控制系統(tǒng)，并且控制系統(tǒng)子程序分析發(fā)送數(shù)據(jù)的參數(shù)指標(biāo)后，在做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

2.4.2 PLC端的設(shè)計(jì)

PLC端的設(shè)計(jì)主要通過(guò)語(yǔ)言編程軟件與兼容功能結(jié)合，利用可讀性高的特點(diǎn)對(duì)PLC做設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)上位機(jī)與PLC通信結(jié)合，在通信端口設(shè)置一個(gè)停止位，設(shè)置通訊端口COM2，設(shè)置奇偶校驗(yàn)位。

2.4.3 PC端設(shè)計(jì)分析

與參數(shù)的通性設(shè)計(jì)類似，采用的是VC++，通常在查詢方式做設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)位置一般會(huì)在下位機(jī)。而上位機(jī)的作用就是讀取下位機(jī)PLC內(nèi)容，周期是300ms，時(shí)間間隔較短，讀取的任務(wù)命令直接會(huì)作用于固定的緩沖區(qū)域。

2.4.4 通信軟件設(shè)計(jì)分析

在通信軟件設(shè)計(jì)上，通常會(huì)融合多方面內(nèi)容做綜合設(shè)計(jì)，想要實(shí)現(xiàn)通信軟件設(shè)計(jì)的安全性，就需要系統(tǒng)和設(shè)計(jì)內(nèi)容共同完成，再利用系統(tǒng)的調(diào)試功能做設(shè)置，才能確保通信的穩(wěn)定和安全[8]。

3 PLC型DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行上注意要點(diǎn)

（1）在軟件設(shè)計(jì)運(yùn)行中，需要信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢功能，以反映DCS控制系統(tǒng)的有效安全性和穩(wěn)定性，這種功能要易于操作。在存儲(chǔ)和運(yùn)行的控制下，設(shè)備正在運(yùn)行的狀態(tài)做實(shí)時(shí)查詢，并且發(fā)現(xiàn)故障位置在第一次進(jìn)行解決。

（2）通信軟件可以將PLC型DCS控制系統(tǒng)做組合設(shè)計(jì)，使用COM2作為通信端口，執(zhí)行FBD語(yǔ)言編程功能，更容易在系統(tǒng)功能上做操作和運(yùn)行，并通過(guò)PLC和上位機(jī)的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)更快捷方便的通信模式軌道運(yùn)行機(jī)制。DCS系統(tǒng)中的PC設(shè)計(jì)通常是使用VC++進(jìn)行編程，控制系統(tǒng)的上位機(jī)功能，起到收集PLC中生成的數(shù)據(jù)。利用查詢功能在系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試時(shí)，獲取相關(guān)命令以便指示固定緩沖區(qū)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）在系統(tǒng)控制下，設(shè)計(jì)通信軟件時(shí)需要結(jié)合PLC型DCS控制系統(tǒng)，界面的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到要監(jiān)控系統(tǒng)的可見(jiàn)性，方便運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控作用。在完成設(shè)計(jì)后，做好檢測(cè)和檢查工作，便于解決和糾正問(wèn)題，確保系統(tǒng)運(yùn)行上的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC型DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)成為較為普遍的方式。PLC型DCS控制系統(tǒng)高效快速的提高自動(dòng)化生產(chǎn)線電子控制的靈活性和可靠性，最大化提高生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，提高企業(yè)利益。通過(guò)對(duì)PLC型DCS控制系統(tǒng)不斷改造和提升，在將其與自動(dòng)化生產(chǎn)線有機(jī)結(jié)合，極大促進(jìn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展空間，為工業(yè)市場(chǎng)整體帶來(lái)提速和穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

本文系潘協(xié)龍自治區(qū)技能大師工作室2020年柳州市補(bǔ)貼資金建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：J20201017）和廣西職業(yè)教育互聯(lián)網(wǎng)+智能制造專業(yè)群發(fā)展研究基地建設(shè)的研究成果之一。

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