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本文介紹了采用可編程序控制器(PLC)和PC（微機(jī)）組成兩級(jí)分布式?jīng)_天爐自動(dòng)加料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)以PLC作為與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)的前沿單元工作站，用微機(jī)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)收集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，高可靠性地實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖天爐加料系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
沖天爐是鑄造行業(yè)廣泛使用的熔煉設(shè)備。目前在國(guó)內(nèi)大部分鑄造車間中，沖天爐熔煉生產(chǎn)中的配料、加料等工作都是由一線工人手工完成的，高溫、煙塵、震動(dòng)、噪音等既惡化了工作環(huán)境，又增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)稱重配料準(zhǔn)確度難以保證，生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以實(shí)時(shí)處理。沖天爐加料系統(tǒng)已成為制約鑄造生產(chǎn)自動(dòng)化、鑄造管理現(xiàn)代化過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［1］。
可編程控制器(PLC)功能強(qiáng)，方便靈活，在工業(yè)控制中已有較廣泛的應(yīng)用［2-3］，PC機(jī)軟件豐富，功能十分強(qiáng)大。本文采用PC機(jī)PLC機(jī)二級(jí)分布控制技術(shù)，用PLC作為下位機(jī)，用PC機(jī)作為上位機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、分析和管理。據(jù)此設(shè)計(jì)了一個(gè)集自動(dòng)稱量、自動(dòng)加料、自動(dòng)補(bǔ)償以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄與管理為一體的沖天爐自動(dòng)加料系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在上虞動(dòng)力機(jī)廠投入實(shí)際生產(chǎn)使用，結(jié)果表明，自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、維修容易、便于推廣應(yīng)用。
1，加料系統(tǒng)模型
1.1，現(xiàn)場(chǎng)布局
某動(dòng)力機(jī)廠是國(guó)內(nèi)最大的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)企業(yè)。鑄造車間采用先進(jìn)的沖天爐—工頻爐雙聯(lián)熔煉工藝，沖天爐以生鐵、回爐鐵、廢鋼、焦炭和石灰石為原料生產(chǎn)原鐵水，通過工頻爐調(diào)節(jié)鐵水溫度、成分，并進(jìn)行合金化和球化處理。為實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)上虞動(dòng)力機(jī)廠鑄造車間設(shè)置2臺(tái)沖天爐交替生產(chǎn)。2臺(tái)沖天爐共用一套加料系統(tǒng)，其平面布局，1.2，工藝要求根據(jù)上虞動(dòng)力機(jī)廠鑄造車間的實(shí)際鑄造生產(chǎn)過程，沖天爐自動(dòng)加料系統(tǒng)除能實(shí)現(xiàn)加料現(xiàn)場(chǎng)無人全自動(dòng)運(yùn)行以外，還需滿足以下工藝要求：
(1) 同時(shí)具有加批料、加底焦、加層焦3種功能流程，且可以通過主控室實(shí)現(xiàn)不同流程之間的切換；
(2) 能檢測(cè)沖天爐料位，并根據(jù)料位自動(dòng)啟動(dòng)加料流程；
(3) 具有發(fā)現(xiàn)、判斷沖天爐內(nèi)爐料“搭棚”和其它故障的功能，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以通知操作人員及時(shí)處理；
(4) 具有稱量累計(jì)誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能，具有生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，實(shí)時(shí)記錄實(shí)際加料數(shù)據(jù)。
1.3，模型設(shè)計(jì)
根據(jù)上面的工藝特點(diǎn)和要求，所設(shè)計(jì)的沖天爐自動(dòng)加料系統(tǒng)以微機(jī)(PC)和可編程序控制器(PLC)為中心。系統(tǒng)主要部件的功能如下：
(1) 主控計(jì)算機(jī)(PC)整個(gè)加料系統(tǒng)運(yùn)行過程的協(xié)調(diào)和監(jiān)視；生產(chǎn)過程中的原料加入量的采集和管理；稱量誤差的修正；以及鐵水成分；鐵水溫度等其他工藝參數(shù)的記錄和管理；是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
(2) 可編程控制器(PLC)采用三菱公司FX2系列的PLC產(chǎn)品，是流程運(yùn)行的控制核心，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)電信號(hào)的檢測(cè)、控制信號(hào)的輸出以及生產(chǎn)流程邏輯的控制。
(3) 控制面板包括各類流程選擇、控制操作按扭以及系統(tǒng)各部件運(yùn)行指示燈。
(4) 振動(dòng)給料機(jī)由PLC通過繼電器控制動(dòng)作，將爐料從料庫(kù)輸送到稱量小車。
(5) 稱量小車普通的稱量小車上裝有單片機(jī)控制器，最大稱量為500 kg，小車在軌道上的行走以及向爬式送料罐卸料動(dòng)作由PLC控制小車上的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
(6) 爬式送料罐將爐料送入沖天爐，由PLC通過繼電器控制其工作。
2，控制系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)
2.1，PLC控制流程
沖天爐加料過程分成3個(gè)不同的工藝流程，作為一個(gè)有機(jī)的整體，它們都由同一個(gè)總控程序控制。在3個(gè)工藝流程中，加批料流程是最主要的。而其它2個(gè)流程其實(shí)只是該流程的一個(gè)子集，故不作介紹。
2.2，PLC控制信號(hào)
采用三菱公司FX2-48MR系列的PLC產(chǎn)品［4］，其具有24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)，基本可以滿足系統(tǒng)的輸入輸出的需要。為了充分發(fā)揮該P(yáng)LC的作用，一些信號(hào)指示燈通過電路實(shí)現(xiàn)控制，而不占用PLC的輸出端口。系統(tǒng)輸入包括所有的按鈕、行程開關(guān)、爐號(hào)選擇開關(guān)、料空信號(hào)、當(dāng)前爐料稱重結(jié)束信號(hào)、自動(dòng)/手動(dòng)切換等共23個(gè)輸入信號(hào)。系統(tǒng)輸出包括小車行走控制、小車卸料控制、5個(gè)振動(dòng)給料機(jī)控制、料罐送料控制、料空超時(shí)報(bào)警信號(hào)等近20個(gè)信號(hào)。
在實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制的正確邏輯中，一些信號(hào)的作用特別重要。
(1) 料空信號(hào)該信號(hào)觸發(fā)加料流程的啟動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)沖天爐熔煉過程中的自動(dòng)不定時(shí)加料。當(dāng)沖天爐中的爐料下降到規(guī)定位置以下時(shí)，傳感器向PLC發(fā)出料空信號(hào)，PLC控制程序在接到料空信號(hào)以后啟動(dòng)料罐送料，并開始下一個(gè)加料循環(huán)過程。
(2) 爐料稱重結(jié)束信號(hào)該信號(hào)是給料機(jī)振動(dòng)終止的門限信號(hào)，PLC控制程序在接收到該信號(hào)后，終止給料機(jī)的振動(dòng)，并控制小車向下一個(gè)位置行走。
(3) 自動(dòng)/手動(dòng)切換是決定采用手工方式還是自動(dòng)方式的選擇信號(hào)。在手工方式下，可由手工決定加料流程：在自動(dòng)方式下，生產(chǎn)流程將進(jìn)入由相應(yīng)信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)的無限循環(huán)自動(dòng)控制狀態(tài)。
(4)料空超時(shí)報(bào)警信號(hào)為防止沖天爐內(nèi)部爐料搭棚而設(shè)置的信號(hào)。沖天爐在正常工作情況下，爐料下降速度由沖天爐容量和每次加料量決定。因此，一次加料以后到料空傳感器發(fā)出料空信號(hào)的時(shí)間基本上是一個(gè)常數(shù)，若超過某一時(shí)限，則可認(rèn)為可能發(fā)生搭棚故障，該信號(hào)起到提示操作人員檢查爐況的作用。
3計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì) 在沖天爐自動(dòng)加料系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)起著原料的稱量值、鐵水成分、溫度等各種數(shù)據(jù)的采集和管理，加料配方傳送、誤差修正、各部件運(yùn)行協(xié)調(diào)的作用。本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件采用Power Builder 4.0編寫，在Windows95環(huán)境下運(yùn)行，具有界面友好、操作方便、數(shù)據(jù)管理功能完備等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中處于核心地位，所以它與稱量?jī)x等器件的通訊是十分重要的。在本系統(tǒng)中，所有通訊都通過COM接口實(shí)現(xiàn)，考慮到簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的原則，采用異步串行半雙工的通訊方式。它采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制距離要求。為減少環(huán)境對(duì)通訊的干擾，通訊線采用較粗的屏蔽線。
4，結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)了一個(gè)由微機(jī)和PLC協(xié)同工作的沖天爐自動(dòng)加料控制系統(tǒng)，并成功地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了加料過程的全自動(dòng)控制，平時(shí)只需一人在遠(yuǎn)離一線的主控室中監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；與此同時(shí)，該系統(tǒng)保留了人工控制功能，以便在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)采用人工控制維持生產(chǎn)。該系統(tǒng)能根據(jù)累計(jì)加料誤差自動(dòng)修正加料設(shè)定值，并對(duì)生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集與分析處理，有助于實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)全面管理的計(jì)算機(jī)化。

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