步序寄存器与比较指令在工业自动控制中的应用

王进 相广顺 王晨

摘要：步序控制在自动化控制领域中的应用较广。现提出了一种用步序寄存器与比较指令来实现自动步序控制的方法，该方法是基于常规PLC控制的一种优化控制方法。同时结合工程实际应用，介绍了某钢厂烧结机脱硝声波吹灰器的自动步序控制程序及应用效果。

关键词：自动步序控制;步序寄存器;比较指令;声波吹灰器

0 引言

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的控制装置或控制器，使被控对象的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行[1]。通常自动控制系统由被控对象和自动控制装置等组成，在开环控制系统中，系统输出只受输入信号的控制;闭环控制系统则是建立在反馈原理的基础上，利用输出量与期望值的偏差对系统进行控制。精确的自动控制可以使系统运行更快速、更稳定、更准确，并提高生产效率。

1 常见的自动控制方法对比

目前工程上应用较多的自动控制方法及其特点总结如下：

（1）传统继电接触器控制法。用继电器、开关限位等的触点硬接线进行步序间的连锁控制，所使用的硬件继电器和接触器数量较多，触头易磨损，触头长时间吸合易过热粘连;线路较复杂，线头易老化断线，回路改线难度较大;运行时不便于远程监控，需要电气人员经常巡检，且稳定性和可靠性较差。

（2）常规PLC位逻辑控制法。使用大量变量进行步序间的连锁控制，变量多、连锁逻辑复杂，连锁信号过多易导致步序错乱和中断;程序段冗长，占用内存大，扫描周期长;程序修改难度大，增加或者减少步数都需相应改动大量连锁程序，一旦因修改出错或者外部连锁信号故障，整个步序控制系统就可能瘫痪。常规PLC位逻辑控制法使得系统调试和运维较为麻烦。

（3）步序寄存器与比较指令控制法。该方法是用步序寄存器內存储的步数与比较指令里的被比较的步序数来判断要执行的步序。步序间相互独立，无须做连锁;程序修改容易，可灵活增加或者减少步数;硬接线线路简单，相互独立不交叉，故障率较低;程序简短，故障检修时易于梳理和排查问题[2]。

2 步序寄存器与比较指令控制法的应用原理

首先，将控制过程按工艺逻辑顺序和任务类别分解成若干个分项目，再把每个分项目看成步序控制中的每一步，按工艺顺序一步一步执行。这样就可以建立起一个步序控制的方案模型，即用步序寄存器来存储累计的总步数，步序寄存器为自定义的16位整数数据类型，如DB204.DBW0，初始值为0，再将比较指令里的被比较的数值定义为步序数，比较指令为PLC指令库内的功能指令，选择16位整数等于比较指令，其数据类型应与步序寄存器的数据类型一致。

其次，用步序寄存器内存储的累计总步数与比较指令里的被比较的步序数作比较，当步序寄存器内存储的累计总步数等于比较指令里的被比较的步序数N时，就执行第N步相应的程序段。自动步序控制开始时，程序自动给步序寄存器初始赋值或循环移步赋值为1，开始第1步工作;第1步执行完毕以后，当移步条件满足后自动给步序寄存器加1累计为2，开始第2步工作;第2步执行完毕以后，当移步条件满足后自动给步序寄存器加1累计为3，开始第3步工作;依此类推，直到最后一步。最后一步结束以后，当循环移步条件满足后自动给步序寄存器赋值为1，重新开始下一周期的第1步工作，依此类推，循环自动步序控制。

最后，自动步序控制结束时，程序自动给步序寄存器赋值为0。

3 应用案例

以我司在江苏某钢厂烧结机脱硝反应器项目中使用的声波吹灰器为例，其正常工作时通过控制气管上的脉冲电磁阀来实现声波吹灰，要求脉冲电磁阀按自动步序控制工作，吹灰时间5 s，吹灰间隔时间2 min，吹灰周期间隔时间5 min，模块选用西门子S7-300 PLC[3]。

自动控制系统的变量如表1所示，控制程序如图1所示。

4 应用效果说明

本项目中声波吹灰器采用了步序寄存器与比较指令控制法后，步序判断条件简单，无须做连锁，步序间相互独立，不会因连锁信号过多而导致步序错乱和中断，控制准确性和运行稳定性较好。声波电磁阀动作快速，程序简单易改，可灵活增加或者减少步数，使用灵敏度和可靠性较高。正常工作时，声波吹灰器一直在进行自动步序循环工作，无须人为手动操作，投用至今没有发生过硬件设备故障和程序运行异常的情况，使用效果良好。

5 结语

使用步序寄存器与比较指令实现电气设备的自动步序控制，优点如下：

（1）中间变量较少，程序简短工整，步序间相互独立，无须做连锁，故障检修时易于梳理程序、排查问题;

（2）程序易修改，可灵活增加或减少步数;

（3）调试时可以直接在程序中模拟给定步序寄存器步数进行打点调试，简单便捷;

（4）应用范围广，在烧结机烟气脱硝布袋除尘项目上，声波吹灰器、耙式吹灰器和布袋除尘气室脉冲阀等电气设备都可以使用步序寄存器与比较指令来实现自动步序控制，区别只是步序移步条件的不同。

综上所述，步序寄存器与比较指令在自动步序控制中的应用是一种非常便捷、有效的控制方法。

[参考文献]

[1] 谢富珍.PLC寄存器移位指令实现顺序控制[J].无线互联科技，2013（7）：119.

[2] 向晓汉.西门子WinCC V7.3组态软件完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2017.

[3] 刘华波，何文雪，王雪.西门子S7-300/400 PLC编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

收稿日期：2020-11-27

作者简介：王进（1987—），男，陕西西安人，助理工程师，研究方向：电气自动化。