關于有色金屬殘極加料機電氣控制系統的研究

摘要：殘極加料機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，其自動化控制能夠保障銅冶煉廠的有序生產。基于此，本文對有色金屬殘極加料機電氣控制系統進行了研究，首先對電氣控制系統的需求進行了分析，然后應用PLC技術設計了一種電氣控制系統，該系統能夠實現殘極加料機的自動控制，但是運行的過程中存在干擾問題，需要采取有效的措施規避干擾，保障電氣控制系統作用的發揮。

關鍵詞：有色金屬；加料機；電氣控制系統

前言：

在工業企業中，PLC控制系統的應用十分廣泛，具有應用范圍廣、功能強大以及控制精度高等優勢，是工業自動化的關鍵環節。在進行工業設備電氣控制系統的設計時，可以應用PLC控制系統，提高電氣控制系統的有效性，保障工業設備精準控制，實現生產的自動化。

1.有色金屬殘極加料機電氣控制系統的設計

1.1電氣控制系統分析

對于銅冶煉廠而言，殘極加料機是重要的配套裝置，主要利用鏈板機進行殘極銅的自動備料、輸送以及投料操作。殘極加料機的電氣控制系統主要由鏈板機主驅動控制站、機頭控制站、機尾控制站以及液壓泵站控制站等部分組成。電氣控制系統主要應用PLC技術，利用PLC控制裝置和凸輪開關以及光柵定位傳感器，對殘極銅料進行備料整型，實現固定間隔傳輸以及抬起-傾轉-投入油缸的自動連續投料，并對自動轉爐投料爐門進行聯鎖控制，確保轉爐能夠在冶煉生產過程中進行自動加料。電氣控制系統的應用能夠有效減輕操作人員的工作強度，實現殘極冷料的自動備料以及自動投料，實現銅冶煉廠的自動化生產，有助于銅冶煉廠的可持續發展。

1.2傳統電氣控制系統的不足

在銅冶煉廠實際的生產過程中，受到電源系統以及現場環境等因素的影響，電氣控制系統會受到不同程度的干擾，對其控制效果造成不利影響。電氣控制系統干擾出現的原因主要有以下三種：

第一，電源的影響，在銅冶煉廠的生產現場中，開關分合造成的浪涌、大興電力設備（包括電動機以及變頻器等設備）的啟動或者停止或者電網短路產生的速斷電流，都會對電源系統造成脈沖干擾，從而對電氣控制系統的電源造成干擾，不利于電氣控制系統的穩定運行。

第二，電纜的影響，在銅冶煉廠的生產現場中，有很多動力電纜以及控制電纜，如果施工單位沒有按照規范流程施工，使動力電纜與控制電纜處于同一個電纜橋架中，將會導致電氣控制系統的信號傳輸受到外部信號的干擾，對信號的正常傳輸造成影響，嚴重時將會使電氣控制系統中的I/O點以及模擬量測量模塊損壞。

第三，接地的影響，如果電氣控制系統的接地系統不滿足標準要求，將會對電氣控制系統的可靠運行造成不利影響，很容易引發電壓沖擊危害事故，對銅冶煉廠的正常生產造成負面影響。

1.3電氣控制系統設計

基于PLC技術，本文進行了有色金屬殘極加料機電氣控制系統的設計，有效解決了上述問題。電氣控制系統的結構為分層分布式，主控制站選擇西門子S7-1500控制系統，并通過ProfiNet工業以太網具備的遠程I/O從站擴展的方式，對銅冶煉廠的公用液壓泵站、1-3#殘極加料機的機尾備料控制站以及1-3#殘極加料機的機頭投料控制站進行遠程控制。在文本設計的電氣控制系統中，所有遠程從站都是利用工業以太網交換機和西門子S7-1500主控制站進行連接，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場的電纜連接。具體的電氣控制系統如圖1所示：

在本文設計的電氣控制系統中，其控制軟件包括監控觸摸屏軟件以及PLC控制軟件這兩部分。其中，監控觸摸屏軟件選用西門子博圖Wincc Professional V14版本；PLC控制軟件選用西門子博圖Step7 Professional V14版本，大大提高了電氣控制系統的有效性[1]。

2.有色金屬殘極加料機電氣控制系統的應用管理

2.1電氣控制系統的應用流程

在本文設計的電氣控制系統中，三套殘極加料機能夠單獨運行，也能夠同步運行，三者相互獨立，不會對彼此產生干擾。在備料工藝生產的過程中，電氣控制系統的應用流程如下：（1）開啟鏈板輸送機的驅動電機；（2）對機尾備料過程進行整型；（3）驅動電機將離合合上，并啟動鏈板輸送機進行銅料的輸送；（4）在凸輪到位之后自動開啟離合，并再次進行備料整型。在投料工藝生產的過程中，電氣控制系統的應用流程如下：（1）聯鎖開啟轉爐的加料爐門；（2）頂起缸將冷料頂起；（3）推進缸驅動，將冷料推進；（4）傾轉缸進行翻轉，將冷料送進爐膛，自動關閉爐門之后完成投料。基于本文設計的電氣控制系統，殘極加料機的加入冷料能力超過70t/h；輸送速度超過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，本文設計的殘極加料機PLC控制系統，能夠對殘極加料過程進行全自動控制，實現加料過程的自動化與高效化。

本文設計的電氣控制系統采用西門子1500PLC加遠程ET200SP遠程IO的架構，利用PROFINET的方式，將光電轉換器和光電路由器作為中間連接方式。這種設計方案，可以把原來需要集中拉往遠處集控室的信號電纜，就近拉到機頭或者機尾處，不僅可以有效節約電纜，提高電氣控制系統的經濟性，還能夠避免遠距離信號輸送帶來的信號干擾問題，有效解決了輸入/輸出信號干擾的問題。

2.2電氣控制系統的完善

為了解決上述干擾問題，保障電氣控制系統的穩定運行，避免干擾問題的影響，設計人員需要在電氣控制系統中應用帶有金屬屏蔽層的控制電纜，并將控制電纜的屏蔽層進行單端接地以及控制器側接地，避免同一個電纜串用，同一個電纜僅能夠用于直流信號或者交流信號的傳輸，不可以交流混用。與此同時，技術人員可以分開進行控制電纜以及動力電纜的敷設工作，避免兩者經過同一個線管或者橋架。如果銅冶煉廠中存在變頻電機，動力電纜也盡量選用帶有金屬屏蔽層的電纜。另外，技術人員需要進行電氣控制系統的單獨接地，將PLC控制系統的專用接地樁安裝于電氣控制系統附近[2]。

但是在由于本文設計的電氣控制系統沒有配備冗余系統，一旦系統出現故障，電氣控制系統控制的設備將全部停機。而且電氣控制系統的安全性仍有提升的空間，不能夠對人身意外進行保護。也就是說，技術人員需要采取有效的措施，提升電氣控制系統在發生意外時的響應速度，這是有色金屬殘極加料機電氣控制系統未來設計的重點。

結論：

綜上所述，有色金屬殘極加料機電氣控制系統的內容相對較多，需要設計人員考慮多個方面。通過本文的分析可知，基于PLC技術設計的電氣控制系統，能夠實現殘極加料機備料及投料的自動化，減輕操作人員的工作強度，實現銅冶煉廠的自動化與現代化生產，提高銅冶煉廠的生產效率，促進我國冶煉行業的可持續發展。希望本文的分析可以為相關研究提供理論參考。

參考文獻：

[1]姜建偉.PLC在電氣控制系統中的應用探究[J].佳木斯職業學院學報，2018（01）：3-4.

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

作者簡介：吳鐘、男、（1983） 江蘇省 南京市、漢族、職稱（助理工程師）、學歷（大專）、研究方向（西門子工業過程控制）、單位（南京蘇潤科技發展有限公司）、單位所在省市（江蘇省）、單位郵編（210000）