淺析OUTOTEC陽極自動定量雙圓盤澆鑄機控制系統的應用

明江勇

(大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠， 湖北 黃石 435005)

淺析OUTOTEC陽極自動定量雙圓盤澆鑄機控制系統的應用

明江勇

(大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠， 湖北 黃石 435005)

TM18陽極自動定量雙圓盤澆鑄機采用定量澆鑄電子秤和圓盤雙伺服電機的技術應用，淺析銅冶金升級設備控制技術的消化吸收，并結合運行維護實踐，確保系統精確控制。

TM18； 雙圓盤澆鑄機； 定量澆鑄電子秤； 圓盤雙伺服電機； 應用

0 概述

隨著永久陰極法銅電解清潔生產電流密度和產能的提高，陽極板質量影響到電解車間電流效率和殘極率指標，直接關系到陰極銅的產品單耗，所以陽極板澆鑄工藝在銅冶煉過程中顯得極其重要。目前，國產的圓盤澆鑄機產出的陽極板重量、厚度、物理外觀等不穩定，陽極質量很大程度上取決于操作經驗和諸多的人為因素，制約了陽極質量的穩定和提高，對銅電解作業也帶來了不利影響，因此實現陽極板的自動定量澆鑄對長期穩定陽極板的質量，提高電解生產過程控制的自動化水平和降低能源消耗具有非常重要的意義，國外一些先進的銅冶煉企業已持續升級和完善澆鑄過程中的自動化控制，尤其是芬蘭的OUTOTEC經過數十年的運行實踐，形成具有自主產權的陽極自動定量雙圓盤澆鑄機。

1 自動定量雙圓盤陽極澆鑄設備的技術應用

2002年大冶有色引進第一臺OUTOKUMPU TM16雙圓盤澆鑄機為火法冶煉主流程生產提供了設備保障。2012年6月大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠300 kt銅冶煉節能減排改造工程配套的陽極爐改造項目引進的第二臺OUTOTEC TM18陽極自動定量雙圓盤澆鑄機建成投產，擔負著2臺480 t陽極爐的澆鑄作業，陽極板產能為重量≥370 kg時實際能力110 t/h，陽極重量精度為98%澆鑄的陽極板重量在±3 kg的誤差范圍內。系統采用模塊結構設計，配置1臺雙陽極定量稱重澆鑄機，用于2個18模澆鑄圓盤，每個澆鑄圓盤帶有獨立的冷卻噴淋系統、廢陽極板提取機和陽極板提取及輸送系統、涂模系統、以及系統控制的液壓、氣動和電子系統。

1.1 滑動定位定量澆鑄電子秤

OUTOTEC TM18定量澆鑄中間包和澆鑄包的傾轉動作是伺服電機驅動控制。中間包傾轉機構的支架上安裝有荷載5 t的稱重傳感器，其傾轉速度取決于中間包中的銅水量。當中間包中的銅水增加時，中間包倒銅時的傾轉速度自動控制變低，傾轉角度就小于前面一次的傾轉角度。

定量澆鑄包的水平傾轉裝置安裝在稱重裝置上。稱重裝置由荷載3 t的稱重傳感器帶5個支承錕的框架結構、伺服電機、減速機、定速皮帶、皮帶輪和帶導軌的托架組成。電子秤框架、澆鑄包及澆鑄料和銅水總重約為1790 kg時(見圖1)，必須保證電子秤用1000 kg標準砝碼校準后稱重壓力傳感器秤橋和框架過載螺栓之間的間隙約為1.3～1.5 mm。為了獲得最佳澆鑄曲線和精確的陽極重量，澆鑄包的傾斜速度由電子控制伺服電機，通過預設的澆鑄曲線澆出銅水的重量和來自伺服電機編碼器的反饋信息調節伺服電機的旋轉速度，當空鑄模轉到澆鑄包下面時，澆鑄包通過伺服馬達的減速機和定時皮帶向后水平移動，由于導軌機械裝置的曲線形狀，澆鑄包水平移動時開始向鑄模傾斜，澆鑄點在鑄模表面移動，熱載荷分布在鑄模上較大的面積上，同時水平移動不會引起稱重裝置的垂直震動，因此跟傳統的TM16油缸垂直傾動系統相比，重量讀取速度得以加快，縮短澆鑄時間，澆鑄的陽極板98%的重量控制在±3 kg的誤差范圍內。在陽極澆鑄過程完成后，可以從定量澆鑄的觸模屏上看到物流量和陽極質量數據。

圖1 OUTOTEC TM18定量澆鑄電子秤荷重原理圖

1.2 澆鑄圓盤的雙伺服主從電機控制

OUTOTEC TM18圓盤SIEMENS雙伺服驅動系統原理和TM16 CT系統的主/從電機驅動原理相同。主電機驅動控制圓盤速度和定位而從電機驅動在運行過程中保持無間隙反扭矩運行，當圓盤在初始位定位使能時，從機的扭矩輕微推向主機的反方向，消除減速機、小齒輪和矢圈的背隙。當圓盤開始轉動時，主從電機的加速度同步，推動圓盤平穩轉動，因此齒輪驅動的背隙對圓盤轉動的影響被消除，達到最大速度后，圓盤將平穩地減速停止到正確的位置，有效消除陽極板的飛邊毛刺。SIEMENS伺服傳動技術和伺服電機能提供的從零速到最高速并返回的全轉矩，在圓盤驅動中，其速度和位置進行連續測定，實際速度與預設在伺服模塊內存中的速度曲線進行實時比較，如果實際速度和需要的速度不同，速度將相應改變以消除差異，即使在條件變化時，也能夠維持圓盤需要的速度和平穩的加(減)速度，也可根據產能預設速度曲線，以獲得圓盤最佳的運行時間，模位運行時間從TM16的15S提升到TM18的13.5S。圓盤驅動定位系統的初始位是基于伺服電機編碼器反饋的速度和位置進行運算得出，因此圓盤定位在操作中或維護后將不會改變，有效解決了TM16使用限位開關的定位系統易丟失初始位問題。

1.3 陽極提取和輸送的單伺服電機控制

OUTOTEC TM18陽極提取機的移動和輸送機驅動系統也是由定位系統通過伺服驅動控制的。控制系統調節陽極提取機的移動，可以獲得平穩的啟動和停止，合適的速度及對應于一定的澆鑄能力，控制系統通過伺服電機上的軸編碼器跟蹤提取機的傾轉位置，夾具抓住陽極板的兩側并保持位置，其程序控制停止和移動的位置限制點，并可在上位機上調整，完全不需要限制點的機械調節，其控制優點在TM16陽極提取機上是無法比擬的。

1.4 自動定量給料的涂模裝置

涂模裝置料倉放在重量傳感器上面，連接到控制系統，控制系統包括自動定量給料控制程序；螺旋傳送機將預設定好量的BaSO4自動加到涂模攪拌桶中；儲倉配有涂模單元攪拌桶水流量計、流量控制閥和液位測量裝置。操作員可通過人機交互界面HMI屏幕有選擇地將涂模材料分批加到攪拌桶中，控制系統會正確處理BaSO4和水的定量給料。HMI監視器(帶有液位測量裝置)顯示出攪拌桶的液位。

涂模系統與圓盤澆鑄機的運行是聯鎖的。熱鑄模到達涂模區且圓盤已經停止時，涂模操作開始，伺服電機就開始移動噴嘴，在兩個噴嘴移動到陽極區域上方時，控制閥門打開，涂模料被噴淋到鑄模上，移動噴嘴向板體部分噴涂時，固定噴嘴向耳部噴涂，在噴嘴移回時也可以選擇在頂針和澆鑄位置雙面噴涂。

1.5 電子控制系統

系統包括定量澆鑄計算機的陽極稱重和澆鑄機控制系統；為使雙圓盤澆鑄供電系統擁有最佳的可靠性，MCC電機控制中心的供電電源為雙回路設計，確保系統定量澆鑄時也可控制單圓盤運行。系統硬件的選擇和配置基于SIEMENS公司傳動技術，采用的PROFIBUS技術減少了現場控制電纜的數量，降低了系統故障率，有效保證了信息傳輸的及時性和安全性。澆鑄機由S7- 300 PLC的主站通過PROFIBUS現場總線網絡控制從站I/O單元，MCC電機智能保護器SIMOCODE單元，圓盤雙伺服電機傳動模塊和直流模塊(用于停電時中間包伺服電機的事故復位電源)等伺服單元組成的HMI系統(見圖2)。HMI系統有以太網接口，可通過OPC協議接口鏈接上層的計算機網絡管理陽極澆鑄系統數據。

圖2 OUTOTEC TM18自動定量雙圓盤澆鑄機控制系統結構圖

3 控制系統的運行問題及措施制定

3.1 定量澆鑄電子秤

2013年9月26日，1#自動定量澆鑄包和中間包伺服電機過熱報故障，原因是由于中間包操作漏銅，導致定量稱重澆鑄機的伺服電機受過熱損壞。為防止類似設備故障，將澆鑄機構進行密封和隔熱處理。

2014年7月30日，1#自動定量澆鑄機電子秤重量偏差超過5 kg，對電子秤架進行清灰，用750 kg標準砝碼荷重校驗，秤體過載保護機械間隙為0.22 mm超差(正常為1.3～1.5 mm)，機械調整電子秤機構后荷重恢復正常。

3.2 伺服控制系統

2014年6月6—8日，2#圓盤雙伺服的主電機三次報過流停機，原因是由于現場電纜溝積水，導致伺服電機的編碼器和電源電纜的電氣絕緣降為0，排水后更新伺服電機的編碼器和動力電纜，系統恢復正常運行。

4 結束語

OUTOTEC的自動定量圓盤澆鑄機設備穩定可靠、高效運行，其控制邏輯設計完善，能有效防止設備誤操作；定量澆鑄系統和伺服驅動系統程序有自診斷功能，主站和遠程I/O從站和電氣控制設備、氣動閥導等控制元件接口通過PROFIBUS總線網絡與陽極澆鑄PLC進行網絡數據信息交換，具有故障自診斷功能，設備維護簡單；OUTOTEC在歐洲設計選型通用元器件時，就已經注意到產品的可靠性及其在全球的技術支持服務；大冶有色公司陽極自動定量澆鑄機使用維護經過十年的設備技術消化吸收，已具有豐富的運行和維護實踐。

ApplicationofAuto-controlSysteminOUTOTECAnodeDoubleWheelQuantitativeCastingMachine

MING Jiang-yong
(Smelting Plant, Daye Nonferrous Metals Group Co., Ltd. Huangshi 043700, China)

TM18 anode double wheel casting machine applies quantitative electronic weigher and servo motor control technology. The paper analyses control technology of copper smelting device upgrading, and realizes accurately control in practical operation experience.

TM18； double wheel casting machine； quantitative electronic weigher； double servo motor； application

2014-09-12

明江勇(1972-)，男，湖北黃石人，電氣工程師，大學專科，主要從事設備管理技術工作。

TP273

B

1003-8884(2014)06-0043-03