PLC的冶金高爐生產監控系統
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摘要：為解決傳統冶金高爐生產監控系統效率低的問題，基于plc設計冶金高爐生產監控系統。硬件部分對高性能傳感器選型以及三相電調理電路進行設計。軟件部分，通過建立PPI高級監控數據采集協議，讀取冶金高爐生產監控數據，完成冶金高爐生產監控。構建實例分析表明，實驗組監控波特率高于對照組，能夠解決傳統監控系統效率低的問題。
關鍵詞：PLC；冶金高爐；生產；監控系統
基于冶金高爐大型化以及復雜化的特點，冶金高爐在生產過程中，經常會出現各種各樣的故障，這就要求對于冶金高爐生產的監控能力也必須隨之提高。監控冶金高爐生產，是確保冶金高爐安全、穩定工作的重要前提條件。考慮到冶金高爐生產中出現的情況多種多樣，無法以一個定性標準進行監控。國內學者對冶金高爐生產監控系統的研究較多，但在實際應用過程中普遍存在監控效率低的問題，無法達到預期的應用效果。PLC又稱為可編程控制器，具有靈活性高、操作方便、可靠性高以及拓展性強等眾多優勢，已經廣泛應用到控制、監控、管理等多個領域中。因此，本文將PLC引進到冶金高爐生產監控系統優化設計中，以PLC為核心技術，設計出一種新的冶金高爐生產監控系統，致力于通過PLC技術，利用調制解調，讀取冶金高爐生產監控命令信號，從根本上提高冶金高爐生產監控效率，為冶金高爐生產監控提供技術支持。
1PLC技術概述
PLC技術作為自動化控制方法中應用最廣的可編程控制器，主要應用于工業環境下，在本質上是一種數字運算操作電子系統[1]。PLC已經具備成熟的控制技術，以其優異的傳輸性能和可編程性，能夠通過可編程控制器，可靠、穩定地控制系統功能，進而提高系統的工作效率[2]。為此，本文基于PLC設計冶金高爐生產監控系統。
2基于PLC的冶金高爐生產監控系統硬件部分
在設計的監控系統中，首先設計硬件部分。本文設計的硬件在傳統監控系統硬件基礎上，設計高性能傳感器，再通過設計三相電調理電路作為高性能傳感器的補充，致力于提高監控硬件綜合性能。具體設計內容，如下文所述。
2.1高性能傳感器選型
結合實際冶金高爐生產監控的需要，本文設計的高性能傳感器設備型號為ME3-458798，用于監控冶金高爐生產的實時狀態。傳感器內置MPU-90120芯片，MPU-90120芯片作為一個封裝的復合型芯片，能夠有效提高冶金高爐生產監控數據的傳感精度。ME3-458798高性能傳感器，具體參數指標，如表1所示。結合表1所示，ME3-458798高性能傳感器設備工作電壓為2.8V~6.5V，所承受電流值小于40mA。ME3-458798高性能傳感器設備能夠監控冶金高爐生產狀態下的各項參數，多種維度監控冶金高爐生產中的各項參數指標，滿足冶金高爐生產監控的實時性要求。
2.2設計三相電調理電路
在高性能傳感器的基礎上，設計三相電調理電路主要用于防止由于缺相問題，導致高性能傳感器無法正常運行。通過該三相電調理電路感知電壓情況，及時發現高性能傳感器中的相序錯亂問題，有效避免相序錯誤。在三相電調理電路中，一旦發現異常情況，立即斷開高性能傳感器內部繼電器并報警。通過三相電調理電路的設計最大程度上提高本文設計高性能傳感器的可操作性，保障系統硬件安全。
3基于PLC的冶金高爐生產監控系統軟件部分
3.1基于PLC建立PPI高級監控數據采集協議
為提高冶金高爐生產監控效率，通過PLC可編程控制器建立PPI高級協議，允許一個設備與另一個設備之間建立邏輯連接[2]。基于PLC通過RS232或USB接口采集冶金高爐生產監控數據，并將數據采集速率控制在1.0kbps至110.5kbps之間。以PPI高級監控數據采集協議中所支持的最大連接個數為標準，限制監控數據交換信息量。在冶金高爐實際生產過程中，監控產生的數據量不大，因此PLC所需交換的信息量也在控制范圍內。基于此，將PPI高級監控數據采集協議發送和采集的數據字節均控制在2個以下即可。本文通過將PLC技術應用在冶金高爐生產監控系統中，保障冶金高爐生產過程中數據采集的智能化調頻功能。利用PLC控制網絡，將實時采集的監控數據發送至前端顯示區域。這樣一來，既能夠保證冶金高爐的穩定生產，還能夠通過調頻通信模塊監控冶金高爐生產效率。與此同時，監控冶金高爐生產中的電流、電壓，根據電流、電壓的具體變化情況，判斷監控數據采集信號是否出現波動，一旦出現波動幅度過大的情況，立即調整變頻參數，不斷調整傳輸速度確保監控系統數據采集功能的穩定運行，保護系統中的監控數據不會丟失，保障冶金高爐生產監控數據采集過程中的安全性。在此基礎上，基于PLC的可編程性標簽信息，提高監控數據采集效率。
3.2讀取冶金高爐生產監控數據
在基于PPI高級監控數據采集協議采集監控數據的基礎上，讀取冶金高爐生產監控數據。讀取冶金高爐生產監控數據的具體流程為：首先，利用PLC控制監控數據的通行通道，將監控點得到的冶金高爐生產應變值轉化為應力值。具體轉換公式，如公式（1）所示。（1）在公式（1）中，σcd指的是監控點讀取應力；E指的是冶金高爐生產工作溫度；ε指的是監控點應變值[3]。為獲得更加精準的監控成果，還需在得到的應力值中剔除初值誤差、徐變誤差以及溫度誤差，進而得到冶金高爐生產監控真實數據。設冶金高爐生產監控真實數據為σ，則其計算公式，如公式（2）所示。（2）在公式（2）中，σxb指的是初始值誤差；σss指的是監測點徐變應力誤差值；σwd指的是溫度差引起的應力誤差值。通過公式（2）計算得出的結果，就是冶金高爐生產監控的成果。在此基礎上，利用SVDE/SEFV指令讀取監控數據，按照冶金高爐生產監控狀態字節的表現方式，描述此系統的監控功能；最后，將讀取的冶金高爐生產監控數據寫入端口數據中，完成冶金高爐生產監控。
4實例分析
4.1實驗準備
構建實例分析，選取K冶金高爐生作為實驗對象。冶金高爐具體參數，如表2所示。結合表2冶金高爐具體參數，設置監控點數量為3個，本次實驗內容為測試兩種監控系統的監控波特率，監控波特率指的就是監控數據每秒的波形振蕩數，監控波特率數值越高，證明該監控系統的監控效率越高。設置監控實時時間節點為17:50、18:00以及18:10，首先使用本文設計監控系統，利用PLC監控冶金高爐生產狀態，采用Hadoop-1.0.3穩定版記錄監控波特率，設其為實驗組；再使用傳統監控系統，監控冶金高爐生產狀態，同樣記錄監控波特率，設其為對照組。
4.2實驗結果分析與結論
根據上述設計實驗，對比兩種監控系統下得到的監控波特率，整理實驗結果如下圖1所示。通過圖1可得出如下的結論：本文設計的監控系統在相同的測試時間中監控波特率明顯高于對照組，監控效率更高，能夠實現冶金高爐生產高效監控。通過實例分析的方式可以證明，所設計的監控系統可以廣泛應用于冶金高爐生產監控方面。
5結語
通過實例分析證明，PLC在冶金高爐生產監控系統應用中的具體優勢已經顯現出來。冶金高爐生產監控波特率的高低是保證冶金高爐生產監控效率的主要衡量標準，而針對冶金高爐生產監控系統進行基于PLC的優化設計可以大幅度提高冶金高爐生產監控效率。綜上所述，通過本文進行的基于PLC的冶金高爐生產監控系統研究，能夠取得一定的研究成果，有理由在實際應用中對其進行大力推廣。基于PLC的冶金高爐生產監控系統不但能夠完成傳統系統所不能完成的任務，還能以PLC為核心，為冶金高爐生產監控領域的研究提供學術意義，促進冶金高爐生產監控方面的研究能夠有更好的發展。
參考文獻
[1]劉洪濤.基于PLC的煤礦安全生產監控系統的設計[J].煤炭技術,2018,v.37；No.293(05):288-290.
[2]孫曉明,沈燦鋼.溫室環境多參數PLC監控系統設計與研究[J].自動化技術與應用,2020,39(03):78-81.
[3]徐兆春,廖海歐,楊楊.大型高爐爐底應力監控模型研究[J].冶金設備,2019(04):21-24+34.
作者：王宜利 單位：中鋼石家莊工程設計研究院有限公司