摘 要：PLC数字化控制系统是目前工业生产中自动化控制系统常用的技术之一。PLC技术综合运用了信号运算、控制执行等功能。该系统的可靠性能好，能够在干扰环境下工作。本文以转炉电气施工为案例，研究PLC数字化控制系统在钢铁生产中的应用。
关键词：PLC技术；数字化控制系统；钢铁生产；应用
PLC采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC数字化控制系统主要用于工业生产，是一项通过数字运算操作进行工业生产控制的电子装置技术。PLC技术通过可编程的存储器，由内部存储执行逻辑和顺序运算、计时、计数等操作，并且以数字或者模拟的输入输出对工业生产进行控制。PLC数字化控制系统以及相关的外围设备设计时，要根据工业生产的特点，实现其控制和执行功能。
1、工艺控制系统设计
1.1 控制系统构成
钢铁生产过程工艺复杂，转炉冶炼钢铁的技术和控制要求较高，转炉的电控、仪控以及计算机三电控制系统的结构呈现为全数字、全分布、网络化特点。控制系统是钢铁生产的重要组成部分，控制系统控制、管理钢铁生产的全过程：从铁水和废钢的入厂，到铁水处理、转炉吹炼以及钢水的处理，最后送入连铸。钢铁生产的车间生产线所配备的自动化控制系统主要包括基础自动化和用于过程监控的二级计算机控制系统。
1.1.1 自动化系统控制范围
自动化系统控制范围又可细分为基础和过程监控控制范围，其中基础自动化系统控制主要包括氧枪升降、转炉倾动、原料下料以及煤气回收功能等；过程监控及计算机系统的控制范围包括钢铁生产线的生产管理、生产计划和报表以及实时数据和历史数据的保存和打印、生产线设备的故障报告等功能。
1.1.2 自动化系统控制水平
PLC技术以计算机为媒介，对钢铁生产线进行自动化控制，包括车间的生产管理、质量控制以及基础自动化。生产线的自动化管理全部使用局域网络。
1.1.3 基础自动化级（L1级）的主要功能
基础自动化级的功能主要体现在七个方面，分别是控制表格的保存、逻辑和顺序控制、机组自动调整和设定、级联速度的控制、液压和润滑系统的控制、联动故障保护以及打印自动控制。
1.2 自动控制系统构成
转炉自动控制系统设置了4台SIMATICS7-400PLC作为主站，分别控制转炉本体、散装料、烟气净化以及汽化冷却控制。自动控制系统的主要配备设置有主机架、电源系统、CPU、扩展机架、接口和通信模块、数字量和模拟量的输入输出模块，主站之间采用以太网进行数据的传输。
1.2.1 转炉本体PLC主站
负责转炉本体控制的PLC主站，要完成炉前的炉门动作以及炉体的倾动操作，同时还要控制炉后倾动、出钢钢包车、出渣车、烟罩的升降、氧枪的升降等，另外，主站还要执行氧枪横移换枪操作，对上料进行称重、完成进料等数据采集和事故报警。转炉本体的PLC主站通过以太网完成各站之间的数据传输，人机界面实现生产过程的监控。
1.2.2 主机架
主机架的主要构成为CPU、电源、通讯以及其他特殊模块。主机架CPU是数字化控制系统的核心，执行运算、数据处理以及通讯操作。根据钢铁生产中的技术需求，CPU运算和处理的速度要结合转炉系统单台PLC的点数，注重经济效益，本次研究中CPU的型号为S7414-2DP。
1.2.3 电源系统
PLC数字化控制系统中的电源系统主要为主机、机箱、输入输出以及打印机等板块供电。PLC的电压波动要控制在15%以内，由于供电系统的稳定性需求，因此要使用不间断电源进行供电，再通过供电系统为其他构成配电。当PLC系统运行正常时，不间断电源会对PLC系统内部的电池进行充电；而出现断电时，不间断电源能够为计算机持续供电一段时间，防止系统数据的丢失。PLC数字化控制系统每5ms对数据进行一次刷新，而如果突然断电，电源恢复后，系统能够持续断电前的工作，保持正常运行。
2、注意事项
PLC数字化控制系统的使用中有几项注意事项，主要包括六点，分别为：
（1）PLC电源要选用双绞线，线径要超过2mm。主机与扩展单元要共同使用开关，同时断电或者供电；
（2）PLC的接地端通常不接地，如果接地，需要用专用的地线。选择线径为2mm的专用线进行接地，接地的电阻要小于4欧姆，接地的位置要靠近PLC；
（3）PLC的输入信号长度要在30米以内，输入和输出线路要分开，且线路要与动力线保持200mm以上的距离；
（4）PLC如果安装在金属板上，底层要做好绝缘，减少干扰；
（5）紧急停止线路要在PLC输出电路的外部切断；
（6）PLC进行调试时，要在断电后拔出编程器的电缆，减少对设备的损害。同时，PLC的负载电源要外接，并对熔断器进行保护。
3、抗干扰措施
PLC数字化控制系统虽然具备较强的抗干扰能力，但容易受到变频器以及精炼炉等的辐射干扰，因此要做好抗干扰措施。首先，要采用PLC系统直接接地操作，且采用800*800*5铜板接地极，接地的电缆选用线径为70mm以上的多股铜线，系统接地的电阻要在4欧姆以内；其次，PLC的网线与电线完全分开，同时为了减少辐射以及电磁干扰，PLC的信号线要选用屏蔽电缆，且不同信号类别选用不同的电缆进行传输，避免用同一电缆的不同导线进行电源和信号的传送；最后，电缆路线要远离变频器和精炼炉等干扰源，减少对PLC的电磁干扰。
4、安装要求
4.1安装位置要求
PLC的安装要严格选择适合本地区电气标准的PLC外罩，同时要减少附近控屏等设备对PLC的干扰。安装时要注意以下事项：
（1）选用封闭的防尘箱进行安装，当PLC与高频设备一起安装时，PLC的外罩要接地；
（2）PLC的安装要远离发热源，PLC与高压设备要分别安装在不同的外罩内；
（3）PLC的安装要远离高压线和动力线，按垂直安装的方式安装PLC，增加空气的流动，但也要避免杂物掉入到PLC机器设备内。
4.2安装环境要求
PLC的安装环境对其使用和运行有着明显的影响，PLC的安装环境主要有以下几个条件：
（1）温度要在0℃-55℃以内，湿度也要控制在35%-85%；
（2）PLC的安装环境要避免粉尘的侵入，例如盐类、金属粉末等；
（3）PLC要远离具有强干扰能力的设备，同时不能够使用同一电源，也要远离磁场和强电场环境；
（4）PLC不能够安装在振动强烈、冲击大的地点；
（5）在PLC的CPU和扩展单元安装中，如果是水平安装，CPU要在I/O扩展单元的左侧；如果是垂直安装，CPU要在I/O扩展单元的上方，各单元之间要保留足够大的距离。
参考文献
[1] 李玉宏.电厂机组电气运行故障及处理技术探析[J].中国高新技术企业.2014（31）
[2] 蔡亚洁.论钢铁企业PLC数字化控制及其电气运行主要技术.山东工业技术.2014（11）
[3] 冯岩.浅析火力发电厂电气运行中故障及应对措施[J].东方企业文化.2012（22）