摘要：本文介紹了Quantum系列PLC在冶金工業(yè)過(guò)程控制中的特點(diǎn)，說(shuō)明了Quantum系列PLC廣泛的適應(yīng)性，功能和安全的高可靠性，硬件和使用軟件的開放性，高智能自動(dòng)化控制水平，提高了生產(chǎn)效率和過(guò)程控制質(zhì)量，極大程度上減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：Quantum系列PLC 硬件結(jié)構(gòu) 編程軟件 過(guò)程控制
     一. 概述
     本人有幸參加了安鋼2800 m3高爐建設(shè)工程中電氣設(shè)備安裝和施工驗(yàn)收，通過(guò)幾個(gè)月的實(shí)踐學(xué)習(xí)和研究，我對(duì)該工程的基礎(chǔ)自動(dòng)化的配置和特性有了一定的認(rèn)識(shí)。
    該工程基礎(chǔ)自動(dòng)化包括電氣傳動(dòng)自動(dòng)化和儀表自動(dòng)化，其主要功能是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、順序控制、連續(xù)控制和監(jiān)控操作等。操作人員通過(guò)HMI(人機(jī)接口)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，修改過(guò)程參量和改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。
    本工程基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由PLC控制器、HMI人機(jī)界面、控制軟件及其相關(guān)的環(huán)形以太網(wǎng)絡(luò)組成，同時(shí)提供了與進(jìn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安鋼一期2200 m3高爐系統(tǒng)，2800 m3系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的操作方式分為：
1)過(guò)程計(jì)算機(jī)設(shè)定方式
2)基礎(chǔ)自動(dòng)化全自動(dòng)方式
3)基礎(chǔ)自動(dòng)化手動(dòng)方式
4)機(jī)旁手動(dòng)方式
    安鋼兩座高爐的工程基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用施耐德電氣公司Modicon Quantum系列PLC控制系統(tǒng)、100M Modbus TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)，采用環(huán)形冗余方式，通訊介質(zhì)采用單模光纖，增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全性，可靠性及網(wǎng)絡(luò)的速度，同時(shí)使得大高爐區(qū)具有整體有機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
    二. 控制系統(tǒng)的構(gòu)成
1.硬件組成
    本次選用的PLC數(shù)字量輸入模塊型號(hào)為140 DDI 353 00，配電電壓為DC24V，輸入點(diǎn)數(shù)為32，每組點(diǎn)數(shù)為8個(gè)，其運(yùn)行電壓為15.0 …30Vdc，數(shù)字量輸出模塊型號(hào)為140 DDO 353 00，配電電壓為DC24V，輸出點(diǎn)數(shù)為32，每組點(diǎn)數(shù)為8個(gè)，運(yùn)行電壓為15.0 …30Vdc。該輸出模塊直接驅(qū)動(dòng)直流繼電器線圈，利用繼電器接點(diǎn)和線圈實(shí)PLC與外部電路隔離的模式，從而減少外部故障波及系統(tǒng)內(nèi)部，便于維護(hù)和檢修。模擬量輸入模塊型號(hào)為140 ACI 040 00,輸入信號(hào)為4-20mA DC,輸入點(diǎn)數(shù)為16個(gè), 模擬量輸出模塊型號(hào)為140 ACO 130 00,輸出信號(hào)為4-20mA DC,輸入點(diǎn)數(shù)為8個(gè)。
2.I/O結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
    Quantum自動(dòng)化系列提供了一個(gè)高度靈活的結(jié)構(gòu)，確保性能價(jià)格比高。Quantum I/O能用于三種主要結(jié)構(gòu)以滿足控制系統(tǒng)要求：本地I/O，分布式I/O及遠(yuǎn)程I/O。無(wú)論你的要求是改進(jìn)空間利用或減少安裝費(fèi)用或高的性能或與HMI和主機(jī)的連通性，都能從Quantum I/O中找到一種符合要求的結(jié)構(gòu)。PLC的另一新特點(diǎn)是能定義輸出模塊的故障狀態(tài)。
1)本地I/O結(jié)構(gòu)：
本地I/O能夠與CPU和電源裝在一個(gè)底板上，最少有一個(gè)，最多有14個(gè)I/O。在本地I/O結(jié)構(gòu)中，最小的系統(tǒng)包括一個(gè)電源模塊，一個(gè)CPU模塊以及所需的若干個(gè)I/O模塊。本地I/O配置規(guī)則：
a.底板可用的模塊槽數(shù)(2,3,4,6,10,16共6種)。
b.適用于已裝入的模塊的電源容量。
c.可使用的尋址字以組態(tài)模塊。
d.有效的可選模塊槽位。
2)分布式I/O結(jié)構(gòu)：
    該結(jié)構(gòu)的高性能價(jià)格比和靈活的解決辦法適用于I/O信號(hào)分布在較大區(qū)域的應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)是為在一個(gè)較大范圍內(nèi)，點(diǎn)數(shù)較少，I/O分站較多的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。分布式I/O系統(tǒng)配置規(guī)則，有五點(diǎn)必須考慮以確保分布I/O系統(tǒng)的有效組態(tài)：
a.主站末端和節(jié)點(diǎn)接口的正確安裝。
b.模塊安裝所需的槽位數(shù)。
c.模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊。
e.敷設(shè)的電纜線路有足夠的強(qiáng)度。
3)遠(yuǎn)程 I/O結(jié)構(gòu)
    對(duì)于需要大量I/O的遠(yuǎn)程安裝分站，需要具有極高的I/O性能。遠(yuǎn)程I/O(RI/O)使用同軸電纜敷設(shè)線路，網(wǎng)絡(luò)距離可達(dá)4500米，如距離更長(zhǎng)，則使用光纖敷設(shè)。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)配置規(guī)則，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)需考慮以下五個(gè)特性，以確保配置有效：
a.主站末端和分站末端適配器的正確安裝。
b.用于模塊安裝的底板槽位數(shù)。
c.安裝模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊。
e.敷設(shè)的電纜線路有足夠的強(qiáng)度。
2.編程軟件
    Quantum自動(dòng)化系列通常給用戶選用Unity Pro及Concept編程軟件包。Telemecanique Unity Pro及Telemecanique Concept符合IEC1131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)并支持5種IEC標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言：梯形圖、順序功能表、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表
    每一種語(yǔ)言針對(duì)特定的用途都有一定的特點(diǎn)。梯形圖不僅對(duì)離散控制和聯(lián)鎖邏輯是極佳的，而且還具有把功能塊指令權(quán)載入在一級(jí)梯形圖內(nèi)的能力。功能塊圖提供了一個(gè)有效的開發(fā)環(huán)境并特別適用于過(guò)程控制應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化文本是一種類似于Basic或Pascal的語(yǔ)言，對(duì)復(fù)雜算法及數(shù)據(jù)處理是最好的解決辦法。指令表為優(yōu)化編碼性能提供了一個(gè)環(huán)境，與匯編碼非常相似。
    三．感想和體會(huì)
    通過(guò)參與配合施工單位調(diào)試和逐項(xiàng)驗(yàn)收，逐漸掌握Quantum系列PLC的構(gòu)成，特性，功能及相關(guān)技術(shù)知識(shí)。該系列PLC產(chǎn)品以其卓越的品質(zhì)和性能，為控制需求提供最恰當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法，在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和其它許多領(lǐng)域中發(fā)揮了越來(lái)越強(qiáng)大的作用。由于它提供的是可按控制要求配置的模塊化結(jié)構(gòu)，因此Quantum控制器能夠?qū)χ行椭链笮涂刂葡到y(tǒng)進(jìn)行配置，其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)能保證在最惡劣的環(huán)境下可靠工作，滿足最高性能的應(yīng)用要求。Quantum系列PLC產(chǎn)品具有機(jī)體小型化，結(jié)構(gòu)模塊化，擁有較強(qiáng)的存儲(chǔ)能力和I/O接口能力以及高可靠性和抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，其為提高自動(dòng)化智能控制水平，生產(chǎn)效率和質(zhì)量，極大程度上減輕了操作人員的工作量做出巨大貢獻(xiàn)。
    Quantum系列PLC及其它系列PLC產(chǎn)品中包含多種規(guī)格和型號(hào)，其特性和功能不盡相同，要想達(dá)到自動(dòng)化系統(tǒng)的理想、優(yōu)化控制，必須較全面熟悉各種PLC的工作原理、功能特性。具體說(shuō)來(lái)，我認(rèn)為有如下幾點(diǎn)：
1.PLC的選型 它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，我們?cè)O(shè)計(jì)人員需要根據(jù)不同使用場(chǎng)合、控制對(duì)象、工作環(huán)境、費(fèi)用以及用戶的特殊要求綜合考慮，保證其在功能上滿足要求又經(jīng)濟(jì)合理。
2.輸入/輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算 這其中包括數(shù)字量和模擬量輸入和輸出。根據(jù)不同工程的各電氣設(shè)備等的不同控制要求，對(duì)需要利用PLC進(jìn)行控制的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行估算是一項(xiàng)很重要的基礎(chǔ)工作。例如自動(dòng)開關(guān)、接觸器、熱繼電器等的輔助觸點(diǎn)，選擇開關(guān)，限位開關(guān)等單個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)集中/機(jī)旁選擇開關(guān)以及其它控制設(shè)備的硬件聯(lián)鎖信號(hào)等。聯(lián)系到高爐及其配套的水站，鍋爐和汽輪鼓風(fēng)機(jī)站等站控制設(shè)備設(shè)計(jì)，其工作狀態(tài)需輸入PLC進(jìn)行監(jiān)控。而整個(gè)系統(tǒng)中的電動(dòng)閥門利用PLC進(jìn)行控制的數(shù)字量輸入信號(hào)包括：集中控制/機(jī)旁操作信號(hào)，開閥、關(guān)閥和停止信號(hào)，閥門運(yùn)行信號(hào)，閥門開到位和關(guān)到位信號(hào)，開閥過(guò)轉(zhuǎn)矩和關(guān)閥過(guò)轉(zhuǎn)矩信號(hào)及電氣故障信號(hào)。輸出信號(hào)包括開閥和關(guān)閥，開到位和關(guān)到位，過(guò)轉(zhuǎn)矩和電氣故障，并通過(guò)指示燈指示閥門各狀態(tài)。我認(rèn)為能否做好這些輸入和輸出點(diǎn)的估算工作也決定于你對(duì)各電氣設(shè)備的控制要求和方式是否真正理解，且對(duì)下一步模塊的選用具有重要意義。
3. 輸入/輸出模塊的選擇 : 輸入模塊一般分為數(shù)字量和模擬量?jī)煞N。輸出模塊可分為交流數(shù)字量輸出、直流數(shù)字量輸出、模擬量電壓輸出、模擬量電流輸出等。Quantum系列PLC及其它類型PLC的數(shù)字量輸入/輸出模塊的電壓等級(jí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)選擇。當(dāng)外部線路較長(zhǎng)時(shí)，可選用AC或DC 220V/110V模塊；當(dāng)外部線路較短、且控制設(shè)備相對(duì)集中時(shí)，可選用DC24V、DC48V模塊。
    總之，無(wú)論你的應(yīng)用是怎樣的, 可使用任何IEC語(yǔ)言, 支持熱插拔, PLC運(yùn)行時(shí)也可方便更換模塊,可自由擴(kuò)展的機(jī)架, 靈活的系統(tǒng)升級(jí),還有靈活方便的接線,參數(shù)自動(dòng)設(shè)定,優(yōu)化的性能。任何最佳控制方案的都是綜合各種因素并加以全盤考慮的結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的日新月異，Quantum自動(dòng)化系列PLC也必將迅猛發(fā)展，其品種會(huì)更繁多，性能會(huì)更優(yōu)越,它們將不斷改善和提高自動(dòng)化系統(tǒng)控制水平，在今后許多工程項(xiàng)目中會(huì)繼續(xù)得到更廣泛的應(yīng)用。