探讨粉末冶金连续烧结炉PLC控制

摘 要：随着我国经济和科学技术的发展，以及社会对冶金行业日益增长的需求，冶金行业的发展可以说面对着更多的机遇和挑战，也进入了新的数字时代。在粉末冶金行业中，烧结是冶金过程非常重要的一道工序，其控制系统的可靠性会直接影响到产品的品质。PLC是对粉末冶金连续烧结炉进行自动化过程控制的系统。将PLC应用于粉末冶金烧结炉的控制工作，是一项重要的革新方法。本文通过对PLC控制系统原理的简要讨论，以及在粉末冶金连续烧结炉中的应用，探讨了PLC的一些具体功能。

关键词：粉末冶金；烧结炉；PLC

中图分类号：TF37 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0288-02

引 言

我国经济发展及人民生活对冶金工业的依赖可以说不言而喻。冶金行业为了提高产品品质，控制生产成本，应对激烈的市场竞争，需要寻求新的粉末冶金烧结炉的控制方式。PLC基于计算机，适用于工业现场工作的电控制器。原来采用的继电器控制系统结构繁琐，可靠性差，难以保证设备运行的稳定性，烧結产品废品率甚至能达到三成，成本也比较庞大。实在难以适应目前社会对冶金产品的要求。随着各类传感技术，数字信号技术等智能技术的发展，PLC使粉末冶金连续烧结炉迎来新的改革。

1 PLC基本工作原理

PLC全名为可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。是一个能够适用于工业现场工作的电控制器，但与继电装置不同，其虽源发于继电控制装置，控制工作不是借助电路的物理过程进行，而是需要将程序储存在PLC内存中，完成信息的进出交替，从而完成控制。

PLC的设计是基于计算机，但与普通计算机并不相同。PLC需要考虑怎么能良好的适用于工业环境，需要使系统便于安装，更加稳定不受干扰，兼顾信息进出的及时性和可靠性，甚至信息的相关应用。和普通计算机的信息进出有所不同，多只对信息本身进行识别。

1.1 如何进行控制

PLC实现控制手段，需要通过信息的流入流出变换，以及可靠的物理实现手段。

信息流入流出的变换需要靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC在使用时不仅有用户自行开发的程序，还有生产厂家的植入的初始程序系统。厂家植入的系统程序提供基础的运行平台，能够保证PLC程序运行的可靠性，并完成收到信号以及流动信息变换的必要公共处理。用户开发程序则是需要使用单位根据控制目的设计。

PLC的可靠物理实现需要依靠输入输出电路。这些输入输出电路都是经过专门的设计。在输入信号的过程中，输入电路会对信号进行滤波，过滤掉高频的干扰信号。输入电路与内部计算机电路并不在电路上相通，需要靠光耦元件建立二者联系。输出电路也是与计算机内外部进行隔离的，与其联系需要靠光耦元件或输出继电器。针对输出的信号，输出电路对对其功率进行放大，目的是使其能够带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。输入输出电路数目比较多，PLC一般在输入输出点都会设有一个I/O电路。虽然数量多，但都是集成化电路，并不会占用太多空间体积。

输入电路会起到监视输入情况的作用，并且系统带有输入暂存器，其监视的电路状况会被记录到暂存器中，一般每个输入点都会带有这样的存储功能。同时，输出电路也有搭配的输出锁存器，锁存器信息需要由输出电路进行传输到输出点。

这里谈到的两个储存器：输入暂存器及输出锁存器，可以说是一种小寄存器，由PLC系统处理器连接到I/O口。运行系统程序，实现寄存器通过PC总线，与PC内存进行信息交换，从而将寄存器的监控信息传递到PLC的系统中，完成输入和刷新。PLC内的映射区就是用来专门存放此类输入信息。映射区内的每一对应位，成1，则接点连通，成0，则接点断开。这些点位就是输入继电器，或称软接点。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。

同理，锁存器在PLC内存的映射区也是一样。相应的每个锁存器都有内存位与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。输出继电器的状态会连接反映到输出锁存器，相应的输出刷新等动作都是靠运行系统程序实现的。所以，当使用者进行程序编写时，输入映射到输出映射的变化是系统的数逻问题，而强大的PLC系统能够比较容易的识别这种指令。

其实PLC实际应用的情况和工作情况会比理论状况要复杂多样，其基本的理论依据还有一些问题，使用时，如果相关设计人员能够将信息的出入变换、输入输出电路的空间、时间关系还有物理实现信息处理，加上中断的方式，可以作为一种研究的思路，这也就能够容易弄清PLC的控制原理了。

2 烧结炉PLC应用是系统和结构

烧结炉系统结构：

粉末冶金烧结炉在冶金作用中主要对粉末冶金制品进行还原性的结烧，整个烧结炉分布六个测温点。炉内通入氨分解气作为还原性保护气，冷却带通水循环。工作时主要通过烧结区温度、推舟速度、氨分解气体流量这几个参数来进行主要控制。烧结炉中的送料推料、提门出料等作业都用到液压油缸，通过电磁阀进行控制，行程限位采用限位开关。

过去的粉末冶金连续烧结炉是由工人手动控制，采用间歇的运行方式进行，产量低产程长，产品做不完善，并且人为影响因素大。将PLC运用后的控制系统，使用了上位监视级和下位控制级像结合的运行模式，这种模式能够自动运行，操作人员只需要通过控制室就能够对整个烧结炉的各项参数和状态进行监控。通过PLC控制，烧结炉可以选择实现烧结过程的全自动生产，针对烧结炉的维修、校准等工作也可以通过手动完成。控制产品工艺的三大参数也可以实现自动或者手动调节。针对安全方面，PLC能够进行智能温度报警，防止作业失败或者避免发生高温意外。针对系统的过载危险，也设有过载保护，自动切断电源；如果生产过程中产生行程错乱等情况，会出现行程报警。相对功能比较完善，安全系数较高。完善的PLC控制是控制品质，提高产量的基础，并且能够确烧结炉的正常工作。

3 PLC系统主要功能

3.1 自动化生产监控

系统的上位机能够做到实时显示烧结炉工作的现场状态，监控烧结炉炉内温度、水循环冷却状态、分解气体流量、推舟速度等各项主要状态参数。所有各项运行状态参数均通过人机交互界面显示，并且可以依据制造要求设置参数，保证产品精度。系统控制精确且灵活，所有设置过的参数均保存在电脑中，可以根据不同的工艺品种选择不同的参数组合，非常方便。

3.2 智能控制炉内烧结温度

粉末冶金连续烧结炉的温控程序包括自由升温、恒温升温、保温、恒温降温和自由降温这几个温控段。PLC系统对烧结区温度的控制有自动和人工两个方法，温度信号选用s、k分度热电偶加补偿导线再将信号传至系统中心，进行监控处理。操作人员手动调节就是通过监控显示上的控制器调节，将温度调节到要求的范围，温度值变化均可以通过界面观察监控。自动调节则需要操作人员在人机界面输入指定温度值，PLC系统就能自行调节到设定温度，从而保证温度稳定。

3.3 气体流量控制

在烧结炉中通入的氨分解气体做烧结的还原性保护气，针对气体的流量控制可以通过PLC的自动和手动两种方式。监控界面上有控制炉内阀门的手控器，操作人员可以直接进行手动调节开闭度。或者在监控界面上直接输入气体流量的确定值，系统会通过判断实际氨分解气体流量值与输入值的差进行计算识别，然后由系统进行阀门的自动调节。

3.4 控制推舟速度

PLC针对烧结爐推舟速度的控制，也可以通过手动和自动两种方式。控制界面中有电位器、有仪表显示读数，操作人员可以因此手动进行调节。或者通过监控界面中的数据输入功能，进行参数设定，PLC会自动计算差额，然后进行调节主控电机的转速，保证推舟速度运行良好。

4 结束语

我国冶金行业的发展随着近几年国力的提升也面临着新的挑战和新的机遇。我们对于如何提高企业产量、为社会做出更多贡献从来没有停止过探索。现如今，我国信息技术建设发展马不停蹄，冶金企业也必须跟上时代的发展。本文通过对PLC控制系统原理的简要讨论，以及在粉末冶金连续烧结炉中的应用，探讨了PLC的一些具体功能，希望为冶金技术的发展带来新的参考。

参考文献

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[2]舒 海.模糊PID控制算法设计及其在电子烧结炉温度控制中的应用[D].中南大学，2012.

[3]吴成义.粉末冶金烧结炉的现状发展护[J].粉末冶金工业，2005.

收稿日期：2018-9-8

作者简介：倪明（1982-），男，机电工程师，本科，从事设备管理及设备技术改造工作。