關(guān)于有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究

摘要：殘極加料機(jī)是銅冶煉廠必不可少的配套裝置，主要用于殘極銅的備料、輸送以及投料操作，其自動(dòng)化控制能夠保障銅冶煉廠的有序生產(chǎn)?；诖?，本文對(duì)有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，首先對(duì)電氣控制系統(tǒng)的需求進(jìn)行了分析，然后應(yīng)用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)了一種電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)殘極加料機(jī)的自動(dòng)控制，但是運(yùn)行的過(guò)程中存在干擾問(wèn)題，需要采取有效的措施規(guī)避干擾，保障電氣控制系統(tǒng)作用的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：有色金屬；加料機(jī)；電氣控制系統(tǒng)

前言：

在工業(yè)企業(yè)中，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，具有應(yīng)用范圍廣、功能強(qiáng)大以及控制精度高等優(yōu)勢(shì)，是工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在進(jìn)行工業(yè)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，提高電氣控制系統(tǒng)的有效性，保障工業(yè)設(shè)備精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。

1.有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1電氣控制系統(tǒng)分析

對(duì)于銅冶煉廠而言，殘極加料機(jī)是重要的配套裝置，主要利用鏈板機(jī)進(jìn)行殘極銅的自動(dòng)備料、輸送以及投料操作。殘極加料機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要由鏈板機(jī)主驅(qū)動(dòng)控制站、機(jī)頭控制站、機(jī)尾控制站以及液壓泵站控制站等部分組成。電氣控制系統(tǒng)主要應(yīng)用PLC技術(shù)，利用PLC控制裝置和凸輪開(kāi)關(guān)以及光柵定位傳感器，對(duì)殘極銅料進(jìn)行備料整型，實(shí)現(xiàn)固定間隔傳輸以及抬起-傾轉(zhuǎn)-投入油缸的自動(dòng)連續(xù)投料，并對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)爐投料爐門(mén)進(jìn)行聯(lián)鎖控制，確保轉(zhuǎn)爐能夠在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)加料。電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效減輕操作人員的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)殘極冷料的自動(dòng)備料以及自動(dòng)投料，實(shí)現(xiàn)銅冶煉廠的自動(dòng)化生產(chǎn)，有助于銅冶煉廠的可持續(xù)發(fā)展。

1.2傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的不足

在銅冶煉廠實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，受到電源系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素的影響，電氣控制系統(tǒng)會(huì)受到不同程度的干擾，對(duì)其控制效果造成不利影響。電氣控制系統(tǒng)干擾出現(xiàn)的原因主要有以下三種：

第一，電源的影響，在銅冶煉廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，開(kāi)關(guān)分合造成的浪涌、大興電力設(shè)備（包括電動(dòng)機(jī)以及變頻器等設(shè)備）的啟動(dòng)或者停止或者電網(wǎng)短路產(chǎn)生的速斷電流，都會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)造成脈沖干擾，從而對(duì)電氣控制系統(tǒng)的電源造成干擾，不利于電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

第二，電纜的影響，在銅冶煉廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，有很多動(dòng)力電纜以及控制電纜，如果施工單位沒(méi)有按照規(guī)范流程施工，使動(dòng)力電纜與控制電纜處于同一個(gè)電纜橋架中，將會(huì)導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸受到外部信號(hào)的干擾，對(duì)信號(hào)的正常傳輸造成影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)使電氣控制系統(tǒng)中的I/O點(diǎn)以及模擬量測(cè)量模塊損壞。

第三，接地的影響，如果電氣控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，將會(huì)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行造成不利影響，很容易引發(fā)電壓沖擊危害事故，對(duì)銅冶煉廠的正常生產(chǎn)造成負(fù)面影響。

1.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC技術(shù)，本文進(jìn)行了有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效解決了上述問(wèn)題。電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為分層分布式，主控制站選擇西門(mén)子S7-1500控制系統(tǒng)，并通過(guò)ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)具備的遠(yuǎn)程I/O從站擴(kuò)展的方式，對(duì)銅冶煉廠的公用液壓泵站、1-3#殘極加料機(jī)的機(jī)尾備料控制站以及1-3#殘極加料機(jī)的機(jī)頭投料控制站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在文本設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中，所有遠(yuǎn)程從站都是利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和西門(mén)子S7-1500主控制站進(jìn)行連接，能夠就地完成分布式控制站的布置，在很大程度上減少了控制現(xiàn)場(chǎng)的電纜連接。具體的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示：

在本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中，其控制軟件包括監(jiān)控觸摸屏軟件以及PLC控制軟件這兩部分。其中，監(jiān)控觸摸屏軟件選用西門(mén)子博圖Wincc Professional V14版本；PLC控制軟件選用西門(mén)子博圖Step7 Professional V14版本，大大提高了電氣控制系統(tǒng)的有效性[1]。

2.有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用管理

2.1電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程

在本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中，三套殘極加料機(jī)能夠單獨(dú)運(yùn)行，也能夠同步運(yùn)行，三者相互獨(dú)立，不會(huì)對(duì)彼此產(chǎn)生干擾。在備料工藝生產(chǎn)的過(guò)程中，電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程如下：（1）開(kāi)啟鏈板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；（2）對(duì)機(jī)尾備料過(guò)程進(jìn)行整型；（3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)將離合合上，并啟動(dòng)鏈板輸送機(jī)進(jìn)行銅料的輸送；（4）在凸輪到位之后自動(dòng)開(kāi)啟離合，并再次進(jìn)行備料整型。在投料工藝生產(chǎn)的過(guò)程中，電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程如下：（1）聯(lián)鎖開(kāi)啟轉(zhuǎn)爐的加料爐門(mén)；（2）頂起缸將冷料頂起；（3）推進(jìn)缸驅(qū)動(dòng)，將冷料推進(jìn)；（4）傾轉(zhuǎn)缸進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，將冷料送進(jìn)爐膛，自動(dòng)關(guān)閉爐門(mén)之后完成投料?；诒疚脑O(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)，殘極加料機(jī)的加入冷料能力超過(guò)70t/h；輸送速度超過(guò)0.046m/s；裝料周期能夠控制在72S/垛，控制效果較為理想。由此可以看出，本文設(shè)計(jì)的殘極加料機(jī)PLC控制系統(tǒng)，能夠?qū)垬O加料過(guò)程進(jìn)行全自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)加料過(guò)程的自動(dòng)化與高效化。

本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)采用西門(mén)子1500PLC加遠(yuǎn)程ET200SP遠(yuǎn)程IO的架構(gòu)，利用PROFINET的方式，將光電轉(zhuǎn)換器和光電路由器作為中間連接方式。這種設(shè)計(jì)方案，可以把原來(lái)需要集中拉往遠(yuǎn)處集控室的信號(hào)電纜，就近拉到機(jī)頭或者機(jī)尾處，不僅可以有效節(jié)約電纜，提高電氣控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，還能夠避免遠(yuǎn)距離信號(hào)輸送帶來(lái)的信號(hào)干擾問(wèn)題，有效解決了輸入/輸出信號(hào)干擾的問(wèn)題。

2.2電氣控制系統(tǒng)的完善

為了解決上述干擾問(wèn)題，保障電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免干擾問(wèn)題的影響，設(shè)計(jì)人員需要在電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用帶有金屬屏蔽層的控制電纜，并將控制電纜的屏蔽層進(jìn)行單端接地以及控制器側(cè)接地，避免同一個(gè)電纜串用，同一個(gè)電纜僅能夠用于直流信號(hào)或者交流信號(hào)的傳輸，不可以交流混用。與此同時(shí)，技術(shù)人員可以分開(kāi)進(jìn)行控制電纜以及動(dòng)力電纜的敷設(shè)工作，避免兩者經(jīng)過(guò)同一個(gè)線管或者橋架。如果銅冶煉廠中存在變頻電機(jī)，動(dòng)力電纜也盡量選用帶有金屬屏蔽層的電纜。另外，技術(shù)人員需要進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的單獨(dú)接地，將PLC控制系統(tǒng)的專用接地樁安裝于電氣控制系統(tǒng)附近[2]。

但是在由于本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有配備冗余系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電氣控制系統(tǒng)控制的設(shè)備將全部停機(jī)。而且電氣控制系統(tǒng)的安全性仍有提升的空間，不能夠?qū)θ松硪馔膺M(jìn)行保護(hù)。也就是說(shuō)，技術(shù)人員需要采取有效的措施，提升電氣控制系統(tǒng)在發(fā)生意外時(shí)的響應(yīng)速度，這是有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)未來(lái)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

結(jié)論：

綜上所述，有色金屬殘極加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)容相對(duì)較多，需要設(shè)計(jì)人員考慮多個(gè)方面。通過(guò)本文的分析可知，基于PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)殘極加料機(jī)備料及投料的自動(dòng)化，減輕操作人員的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)銅冶煉廠的自動(dòng)化與現(xiàn)代化生產(chǎn)，提高銅冶煉廠的生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國(guó)冶煉行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。希望本文的分析可以為相關(guān)研究提供理論參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜建偉.PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探究[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（01）：3-4.

[2]朱建強(qiáng)，田志濤.舞鋼電渣重熔爐加料機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造實(shí)踐[J].寬厚板，2015，21（01）：46-48.

作者簡(jiǎn)介：吳鐘、男、（1983） 江蘇省 南京市、漢族、職稱（助理工程師）、學(xué)歷（大專）、研究方向（西門(mén)子工業(yè)過(guò)程控制）、單位（南京蘇潤(rùn)科技發(fā)展有限公司）、單位所在省市（江蘇?。挝秽]編（210000）