西門子自動化產品在電解機組中的應用

李 峰

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著市場需求，銅業發展迅速，銅冶煉中的大型設備是必要的設備，廣州清遠冶煉廠使用的陽極整形機組全部國產化，貴溪冶化工程公司負責電氣設計調試，制作和機械設計調試。

2 設備工藝介紹

陽極整形機組是電解銅工藝中的核心設備，陽極板澆鑄成型后由于生產過程中的不確定因素導致陽極板形狀變化，直接把陽極板放入電解槽會造成極板之間短路，影響生產。而整形機組主要對陽極板進行外型修整，用壓力機調整陽極板垂直度，用高速銑刀切削陽極板掛耳底部，完成這些后整齊排列好，使行車可以一次調運一槽的陽極板。

3 電氣控制系統設計

國內的設備控制系統基本采用AB和三菱伺服控制系統，并采用中央機架擴展配置，大量I/O控制線進入一個PLC柜，造成現場電纜過多，維護難度大。后期改造的伺服控制系統與原有控制系統不兼容，控制模式單一。清遠陽極機組控制系統使用全套西門子控制設備，采用基于PROFIBUSDP網絡的分布式I/O系統，伺服控制器使用西門子的S120，現場網絡使用ASI現場總線，保證系統兼容性，克服了傳統方案的不足［1］。

3.1 網絡結構和配置

陽極整形機組PLC控制系統主要有S7-300作主站，將ET200M分布式I/O設備，ASI現場I/O設備，伺服控制器集成到PROFIBUS-DP網絡中。

配有DP通訊處理器的西門子功能鍵式MP377面板通過DP網絡連接到PLC控制系統中，通過WINCCFLEXIBLE軟件的組態和STEP7的組態實現了MP377與S7-300系統的通訊［2］。

陽極整形機組對現場控制信號的采集和對閥臺控制信號的輸出使用現場ASI總線技術解決，在保證信號處理實時性的前提下提高整個網絡的抗干擾能力。（如圖1）

圖1 Profibus-DP結構圖

3.2 ASI網絡設計方案

陽極整形機組體積較大，現場檢查限位和控制閥臺數量眾多且相對分散，最適合使用ASI現場總線技術。現場總線設備屬于第三方設備，有很多不同的選擇，基于系統兼容性和設備采購等方面考慮，ASI網絡選用西門子的產品，ASI網關選用CP343-2，總線現場分站也選用西門子系列分站。

為防止網絡信號受到電磁干擾，動力電纜與控制電纜分開放置，完善現場總線敷線方案盡量減少ASI網絡的距離，由于網絡過長，整個ASI網絡使用樹型拓展結構并安裝兩個ASI控制電源用以提高整個網絡的運行電壓增強抗干擾能力。整個ASI網絡尾端使用網絡增強器以加強網絡傳輸距離，提高網絡的安全和可靠性［3］。

3.3 使用SIEMENS的S120系列伺服控制器解決移載機運行中快速精確定位功能。

機組可以同時銑削三塊陽極板，但是要求陽極板位置間隔非常精準，所以移載機在整個系統中起著非常重要的作用，在硬件上由行走機構和抓取裝置組成。移載機行走路線中有三個限位，用于極限限位和定位參考，而陽極板放置位置由伺服電機本身定位設備控制。

伺服控制器S120與PLC在DP網絡的基礎上使用SIEMNES的111標準報文完成通訊（圖2）。在移載機運行中電機尾部的增量式軸編碼器實時讀出當前小車的行走距離，并利用DP網絡在DRIVERES軟件中監控小車電機實時運行數據［4］。

圖2 通訊報文

以入側移載機為例：在STEP7中建立DB塊作為伺服電機的狀態字和控制字存儲區。OB1中使用SFC14和SFC15進行數據交換［5］，如圖3。

圖3 控制字和狀態字

如此與S120通訊建立完成。只要改變控制字DB塊的值，就實現對S120的控制，如圖4。

圖4 控制DB塊

4 HMI系統功能特點

MP377功能鍵式操作面板，一體式的結構，使得在空間狹小的場合將面板安裝在相對穩固的壁掛電氣箱內。Winccflexible強大的功能使整個HMI系統更加靈活［6］。

下圖顯示了設備的操作臺和運行畫面：

圖5 機組總圖

這個機組人機界面分為數個功能畫面，以適應操作需要，其中包括電機啟停畫面，液壓站監控畫面，伺服電機參數設置畫面，故障報警等。操作人員可通過觸摸屏對機組狀態進行實時異地監控，并進行必要的參數設定和機組簡單邏輯操作。

5 結束語

在項目實際調試過程中，SIEMENS產品的靈活性、開放性、完善的技術文檔、良好的技術支持、使得現場調試時間得到了有力保證，縮短了項目調試時間。