10Kg真空自耗電弧爐控制系統(tǒng)的研制

陳娟　趙輝　李明

摘 要：文章的設計思想是利用上位機、PLC 及采集模塊實現(xiàn)真空自耗電弧爐電控系統(tǒng)。同時闡述了組態(tài)王、OMRON PLC及研華采集模塊的特點和應用范圍。

關鍵詞：上位機；組態(tài)王；PLC；采集模塊；電弧爐

引言

目前我國的鈦鑄錠冶煉中，自動化程度已越來越高，以寶雞鈦業(yè)公司的10噸真空自耗電弧爐為先例的大型冶煉設備采用高可靠、高精度的西門子PLC S7-300來設計電弧爐控制系統(tǒng)，徹底替換了以前繼電器控制模式。但是西門子PLC及相應的監(jiān)控軟件，對于小型的真空自耗電弧爐控制系統(tǒng)而言，未免耗資大，根據(jù)這一現(xiàn)狀我們采用價格較便宜的日本OMRON可編程控制器+采集模塊及國產(chǎn)的組態(tài)王監(jiān)控軟件設計10Kg電弧爐。這種組合同樣具有控制精度高、可靠性好、安裝調(diào)試方便、投資省、操作簡單、軟件編程容易的特點。

1 系統(tǒng)方案的確定

真空自耗電弧爐是在真空下利用電弧放電產(chǎn)生的高溫將鈦自耗電極熔化到水冷紫銅坩堝內(nèi)可得到高質(zhì)量的鈦鑄錠。該控制系統(tǒng)具有以下主要功能：

（1）電弧電流和電弧電壓控制方式，即通過調(diào)節(jié)熔化電流控制電弧電壓的大小，實現(xiàn)自動熔化過程。

（2）電極桿升降具有手動和自動兩種控制方式。

（3）真空系統(tǒng)具有手動和自動控制系統(tǒng)。

（4）實時數(shù)據(jù)采集、趨勢顯示及完善的打印系統(tǒng)

（5）聲光報警。

根據(jù)上述指導思想及設備小的特點，提出采用日本OMRON可編程序控制器PLC+研華模塊+工業(yè)控制計算機相結合的控制方案。其中PLC主要完成機檢測和控制任務，研華模塊主要完成模擬量的采集，而上位機主要是利用組態(tài)軟件組態(tài)王完成監(jiān)測管理、數(shù)據(jù)采集和人機界面等任務。經(jīng)過反復論證和選擇比較，認為采用這個方案不但能在投資較少的情況下實現(xiàn)電弧爐的基本控制要求，而且能體現(xiàn)信息管理集中優(yōu)化和控制系統(tǒng)實用可靠的優(yōu)點 。所以這種方案更適合于小型電弧爐的控制。

2 系統(tǒng)框圖和配置

經(jīng)過消化吸收電氣控制系統(tǒng)的原始電路圖并考慮到PLC及模塊的工作特點，歸納整理出控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號為：

模擬量輸入信號：共有6點，全部為直流0～10V輸入信號，主要是互感器及儀表的輸出信號。

開關量輸入信號：共有30點，全部為直流輸入信號，主要是各種傳感器輸入信號和主令按鈕輸入信號。

輸出信號：共有29點，全部為直流輸出信號，主要是各種執(zhí)行機構的輸出和指示燈輸出信號。

通訊信號：PLC運行過程中需要將檢測到的電弧爐的運行狀態(tài)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)傳送給上位機，同時也需要接收從上位機設置的有關運行參數(shù)，在控制系統(tǒng)中采用RS232串行通訊的方式實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的交換。

系統(tǒng)硬件構成框圖如圖1所示：

根據(jù)上述I/0信號分配情況，控制系統(tǒng)決定選用日本OMRON公司的CP1L系列的40點可編程序控制器，工控機選擇研華整機，采集模塊選擇研華的ADAM-4520及MOXA CP-104EL兩款產(chǎn)品。

3 主要控制模塊的設計

根據(jù)硬件的配置，我們進行軟件及控制系統(tǒng)的設計。

3.1 上位機及系統(tǒng)軟件

上位機主機采用研華的IPC-610工業(yè)機。上位機軟件選用目前國內(nèi)較為先進的組態(tài)王6.53及OMRON的CXP9.3為系統(tǒng)軟件編程。組態(tài)王的功能是通過網(wǎng)絡協(xié)議實現(xiàn)上位機與下位機間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機及模塊實時采集的數(shù)據(jù)進行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫、進行流程圖顯示、歷史趨勢圖和棒圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報表打印輸出。為完成以上功能，組態(tài)王系統(tǒng)軟件的流程圖可以詳細說明問題。

3.2 PLC控制模塊

PLC具有穩(wěn)定性、可靠性高、抗干擾性能強等特點。PLC控制模塊選用日本OMRON公司的CP1L系列的40點可編程序控制器。該控制器有32點輸入和18點的輸出開關量。它主要承擔所有的電磁閥動作及各種設備運行狀態(tài)和故障的檢測與顯示。組態(tài)王與PLC通訊正常后，我們可以在組態(tài)王監(jiān)控畫面設置控制按鈕下傳給PLC，通過PLC控制執(zhí)行機構動作，最終實驗電弧爐的自動控制模式。

3.3 采集模塊控制模塊

采集模塊選擇研華的ADAM-4520多功能采集模塊，主要完成模擬量的采集。模擬數(shù)據(jù)從信號源采集過來經(jīng)變送器變?yōu)樽優(yōu)镺-10V的電壓信號，經(jīng)ADAM-4520轉為數(shù)字量輸入上位機進行顯示。根據(jù)實時采集的模擬量的變化情況，可以隨時改變電弧電流及其他工藝參數(shù)，最終使系統(tǒng)達到最優(yōu)控制。

4 結束語

采用組態(tài)王+PLC及采集模塊控制的10Kg真空自耗電弧爐系統(tǒng)，硬件簡單，技術經(jīng)濟指標好，可靠性高，程序稍作修改，就可以滿足用戶不同的控制要求，使系統(tǒng)的“柔性”大大提高。這種控制模式非常適用小型電弧爐控制系統(tǒng)。

參考文獻

[1]組態(tài)王6.5使用手冊[S].北京亞控科技發(fā)展有限公司.

[2]日本OMRON PLC 編程及使用手冊[s].