關于PLC控制在電石爐電極升降控制中應用的研究

（陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西神木市，719319）張鴻鴻 高海妮

電石爐是電石生產的主體設備，生產電石時需把電能轉變成熱能，將爐料加熱到預定溫度。所以，電石生產的關鍵在于電石爐內溫度值的大小和穩定性。而溫度的改變是由電極插入爐料的深度來調節的，因此三相電極的位置控制是電石爐控制系統的重點和難點。由于PLC具有較完善的功能、高可靠性和強抗干擾的能力，能有效控制電極位置，運行效率高，且可視化人機界面簡單直觀、便于操作，所以此次研究全面的針對電石爐電極升降管控采用PLC進行詳細的分析。

1 電石爐PLC控制的工作原理

1.1 電極升降控制

如果我們想要生產高質量的電石，電爐內應保持高溫進行，不然會降低生產效率。通常情況下，我們采取合適的電極位置，溫度就會有所提高。

電流的電壓比越高，那么電極深入爐料將會越好，可以進一步實現閉弧生產。如果電流含有的電壓比過高，那么電極插入爐料就會越深，會降低熔池的高度，這樣也會影響到生產活動，也會對爐底產生損耗。所以，我們應該合理將電流的電壓比合理搭配。如果想要維持電流的數值，就要進一步的更改電極的位置。進一步的更改電極的位置，能夠讓電流相應變化，這種情況能夠利用電極升降裝置進一步實現管控。

1.2 電極壓放控制

生產電石的過程當中需要消耗電極，所以要及時的對電極采取壓放。電極壓放強度要跟消耗長度相對，而間隔的時間要依照實際狀況而調整。與此同時，因為操作需求，要進一步的提升電極，我們可以將信息放置在PLC，利用電極壓放裝置進一步實現對電極的管控。

2 PLC控制系統的構成

2.1 系統硬件構成

系統輸入點有以下2種：①模擬量輸入，涵蓋變壓器二次側三相電壓輸入，也涵蓋電流輸入。②是開關量輸入，這也涵蓋系統進行工作的按鈕、停車的按鈕、固定電極具有的相關裝置的開關按鈕、電機上下限位開關按鈕、不同接觸器相關按鈕。

系統輸出端具有以下2種：第1種為模擬量輸出，輸出端口能夠管控三個電極升降速度變頻器。在此之中，一類是數字量輸入，輸出端的連接可以作用于故障報警燈、故障鳴笛器、變壓器二次電流數碼顯示器、管控電極升降的接觸器、電磁閥線圈。

2.2 系統軟件構成

①電極升降模塊。為了進一步符合電極升降的各項需求，要分析電石生產具有的特性，比如：內部動力學特性、外部干擾特性，制定相應的數字模型。采用智能的PID算法，進一步計算電極升降的變頻輸入電壓，可以更改變頻器輸出頻率，可以進一步調控電極升降的速度。

②電極壓放程序模塊。編制程序的時候，應該依照實際轉移圖，進一步利用步進梯形指令加以實現。

3 PLC控制在電石爐電極升降控制中的應用

3.1 電石爐控制系統整體方案

電石爐管控的基本功能在于：三相電極升降管控、放壓管控、報警防護、數據收集。依照實際需求根據PLC當做控制系統，根據工控機當做人機接口相互融合的形式來進行管控、PLC需要符合系統要求，進一步管控系統需求的信號采集，不同的運算。

3.2 硬件設計

3.2.1 電極升降控制系統

生產電石的過程當中，在沒有變動電石爐變壓器二次端電壓的技術條件下，電石爐溫度還有電極電流呈現正比關系，與此同時，電壓沒有較多的變化，進一步管控電極電流也是控制溫度的重要方法。電極電流要維持穩定的狀況，需要進一步管控電極能夠滿足相關需求。我們將PLC作為重心，使用智能的計算形式，能夠對電極位置進行相應的調整，可以讓爐內的電流相對穩定。電極升降具有的操作方式涵蓋手動方式、自動方式，電極電流具有較大的變化時采用手動方式，較為穩定時采取自動方式。

較為尋常的電極升降管控涵蓋：恒電流、恒功率、恒流壓比，此次研究采取恒電流方式，進一步對比電弧電流設定值和實際數值，分析差值，進一步進行相應的管控。如果差值超過0，那么設定值大于實際值的情況下，將電極向下進行調控，相反則向上進行調控，能夠將其平衡，進一步實現穩弧加熱。

3.2.2 電極壓放控制系統

電極壓放的最終目標在于能夠維護電極的冶煉長度，能夠實現自動，也可以實現手動。電磁閥、液壓缸驅動可以進一步的管控電極的壓放。而電極壓放系統組成部分為上摩擦環、下摩擦環、錐形。沒有開啟壓放程序時，上摩擦環、下摩擦環、錐形環會鎖定。開啟壓放，電極升降油缸會暫停在某一位置，依靠液壓作用進行。

3.3 系統軟件

S7-300PLC采用的軟件編程為STEP7，涵蓋的編程語言為：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊圖（FBD）。能夠讓此程序實現指定功能，自動調節，能夠實現復雜的功能。

3.3.1 電極升降控制程序

全面的分析S7-300PLC基本結構，將重要模塊存放在OB1、OB35當中。OB1可以實現計算功率，報警，軟測量。OB35可以完成電極升降PLC的管控。結構涵蓋數據處理、數據采集、電極升降控制幾個重要部分。

3.3.2 電極壓放控制程序

電極壓釋放過程當中，升降缸進行波動動作，電極產生壓放，隨后會自動變回。電極壓放控制程序劃分為手動模式還有自動模式，我們應該嚴格的按照“勤壓、少壓”執行。使用手動模式時，相關人員要及時的管控不同環節，要及時的根據時間來操作升降缸。采用自動的形式，壓放的長度應該根據升降缸的行程來確定。

4 結語

電石爐系統使用了PLC進行管控之后，可以進一步管控生產過程，改善生產數量與質量，還能夠讓設備的構成更加簡單，有利于相關人員進行維修，改善了操作困難的問題，也能夠提升工作效率。采用可視化界面能夠起到良好的報警保護功能，與此同時，相關人員可以及時的掌握設備的狀態，將信息加以處理，可以提升生產的安全性。