多臺工頻感應爐自動烘爐裝置的研發(fā)

熊武軍

（東風汽車公司商用車鑄造二廠，湖北十堰 442000）

10 t無芯工頻感應爐是1974年安裝投入使用的鐵水熔煉設備，全車間配置4臺工頻電源、5個爐殼，每臺電源通過水冷刀開關可分別為兩個電爐供電，結構如圖1所示。

車間配套自動線為B M D靜壓自動造型線，是德國進口設備，該車間是我廠主力的造型生產車間。

1 項目背景

在工頻爐的出廠工藝技術文件中對于烘舊爐有如表1之規(guī)定，但并未配備自動烘爐裝置，烘爐的停送電操作全程由電爐操作工手動完成，從烘爐停電送電時間表可以看到，根據爐襯情況不同，烘爐時間有可能長達14 h，且其中停送電操作很頻繁，這一方面增加了工人的勞動強度，另一方面對嚴格執(zhí)行工藝產生了較大的困難，車間根據現(xiàn)場需要，要求根據烘爐工藝要求研發(fā)自動烘爐裝置以解決上述兩個問題。

表1 工頻爐烘舊爐停送電時間

2 自動烘爐裝置（簡稱“裝置”）設計

根據多年工作經驗對自動控制裝置有以下三點理解：①對于任意一種自動控制裝置，必須要有合適的人機溝通方式，即接受操作者給他的指令；②有邏輯判斷功能，體現(xiàn)人對他的控制要求；③將邏輯判斷結果以電信號形式輸出給其他電路。

2.1 裝置硬件總體設計思想

2.1.1 輸入部分

分析烘爐停送電時間表，根據環(huán)境溫度、停爐時間、爐襯修補情況烘爐總時間有14 h、12 h、10 h、8 h四種，因此在裝置中設四向球頭開關選擇烘爐時間，且另設兩個按鈕分別為啟動、停止烘爐過程，由于裝置最多同時為四臺電爐提供自動烘爐服務，所以裝置內共需設8個按鈕。

2.1.2 邏輯處理

眾所周知，PLC在工廠中應用廣泛，其內置的計時器、計數器工作可靠、精確度高，查詢方便，且便于執(zhí)行算術運算、邏輯運算，同時我廠因設備更新現(xiàn)有一套閑置的F A2-PLC系統(tǒng)，因此本裝置采用該PLC作為邏輯處理器。

2.1.3 輸出部分

了解原來的電爐停送電控制模式：查閱、分析電爐電控系統(tǒng)圖紙，其中本廠原7號電爐送電、停電部分圖紙如圖2所示。9 AN是送電按鈕，35 AN是停電按鈕，人工停送電操作即按動這兩個按鈕，因此在裝置內為每臺電爐設置兩個中間繼電器K A、K A’，作為裝置分別給出送電、停電指令的輸出單元，將K A繼電器常開點并接于9 AN按鈕的開點，將K A’繼電器的常閉點串接在35 AN按鈕之后，這樣K A、K A’的動作可完全替代原來的人工操作。因裝置最多同時為四臺電爐提供自動烘爐服務，所以裝置內設8個中間繼電器，每個繼電器并接一個信號燈顯示工作狀態(tài)。

2.2 和泉PLC硬件介紹

2.2.1 PLC的特點及和泉PLC

可編程序控制器（PLC）是微機技術與繼電器控制相結合的產物，他把計算機的功能全面、靈活性好等特點和繼電器控制簡單易懂、價格低廉等優(yōu)點結合起來。他以計算機軟件技術構成人們習慣使用的繼電器模型，拋棄了微機常用的計算機編程語言，獨創(chuàng)形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構。PLC技術充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求。P CL技術可以自由地使用軟件虛擬的內部繼電器、計數器、定時器等邏輯功能，對接點可重復多次調用，使編程非常靈活快速，被控對象程序的改變不需更改硬件和連線，設備控制功能的改變非常方便。由于PLC具有上述優(yōu)點，自從上世紀70年代誕生以來，發(fā)展很快，美、日、德等國生產的PLC產品先后進入我國，日本和泉PLC是其中之一，多年的生產應用證實了該產品性能可靠，性價比較高。

2.2.2 FA-2PLC系統(tǒng)基本組態(tài)（最小系統(tǒng)）及模塊功能介紹底板：1塊，用于安裝CPU、電源、I/O和專用模塊；CPU模塊：1塊，內含一個處理器，每個系統(tǒng)必須有一個CPU模塊；

存儲器盒：1塊，裝載用戶程序，須插入CPU模塊存儲器盒插座使用；電源模塊：1塊，供給主底板上其他模塊電源；I/O模塊：根據要求配置，連接外圍輸入輸出電器元件。

2.3 烘爐裝置接線圖設計

根據2.1、2.2內容設計如圖3所示接線圖。

系統(tǒng)構成主要材料清單見表2.

2.4 邏輯程序編制

2.4.1 程序中用到的和泉PLC主要指令介紹

表2 系統(tǒng)構成清單

T I M定時器:

1）編程定時器指令時，要求有兩個地址，定時器指令和定時器號（0～79）在第一地址，預置值（0～9999）在第二地址，如表3和圖4所示。

表3 定時器指令表

2）本條指令前的操作結果為“ON”時（即定時器的輸入條件），時鐘脈沖（0.1 s）立即開始計數（即開始定時），當計數值等于預置時間時，定時器輸出“ON”；

當定時器的輸入“OFF”時，建立預置值（如圖4所示）；

定時時間到后，計數值一直保持“0”狀態(tài)到定時器的輸入置零；

定時器同一個點不能用兩次（如果這樣的程序被輸入，將顯示錯誤信息“DOUBLEERROR”）。

定時器工作期間改變預置值，在本周期內保持預置值不變，下一個時間周期改變預置值。

CNT計數器（如圖5和表4）:

1）加法計數器有45個，計數器號從0～44；預置值范圍是：0～9999；

2）計數器編程次序：復位輸入、脈沖輸入、CNT指令；

3）使用計數器注意事項：

必須有兩個地址，第一個地址建立計數器指令和計數器號，第二個地址建立預置值（表4）.

相同的計數器號只能使用一次。

當復位輸入為“0”時，計數器記錄輸入脈沖上升的個數并和預置值比較（圖5）.

表4 計數器指令表

當計數器值等于預置值時，計數器輸出為“1”，并一直保留到復位輸入為“1”為止。

復位輸入由“0”到“1”時，計數值被清除，而復位輸入為“1”時，全部脈沖輸入無效。

2.4.2編程思想

1）本裝置最多同時需要為4臺電爐提供烘爐控制服務，每臺電爐的控制要求是一樣的，啟動烘爐的時間可以分開進行，因此只設了一個選擇烘爐時間的4向球頭開關。但程序中需做到將選擇開關的各輸入點信號與各電爐啟動、停止信號串聯(lián)，輸出至4個不同的內部繼電器，再用4個內部繼電器作為主控啟動各烘爐子程序。

2）和泉PLC時間繼電器預置值最大只有999.9 s，而計數器預置值可達9999，而烘爐總時間長達十幾個小時，因此時間控制方面以計數器為主，計數器觸發(fā)脈沖用自解除型時間繼電器產生，時間繼電器預置值在實際使用時可設600即60 s，而在系統(tǒng)調試時可設10即1 s，這樣方便檢驗程序邏輯是否符合要求，保證系統(tǒng)程序用于現(xiàn)場無誤。

3）考慮到操作工按動按鈕時間一般為0.5 s～2 s，因此程序輸出繼電器K A、K A＇的動作時間模仿人工操作要求設為0.5 s，并且可根據需要調整。

2.4.3 以1#爐選擇烘爐8 h為例分析程序設計過程

根據表1烘爐停電、送電時間表解讀控制要求：第1個 2h要求送2min、停 6min；第 2個 2h送 2 min、停 4 min；第 3個 2 h送 2 min、停 2 min；第4個2 h送電運行2 h后停止。分析其過程發(fā)現(xiàn)幾個要點：

1）烘爐全程8h，其中前6h為一部分；后2h為另一部分。

2）前6 h中2 h作為一段共分三個時間段，在時間段內停電、送電時間有規(guī)律；各段差別在于停電時間占比越來越少；

3）最后2 h送電連續(xù)運行。

根據上述分析要點，需將這些要點轉化為程序：

1）根據停送電時間規(guī)律做出C0、C1邏輯控制梯形圖，如圖6所示。

以時間繼電器T0開點形成的脈沖（一分鐘一脈沖）作為1#爐烘爐過程中的的計數脈沖，用計數器C0、C1及T0開點（計數脈沖）構成控制電路，如圖6所示，C1常開點和C0常開點則形成了接通2 min、6 min的時間規(guī)律，因此可用C1常開點、C0常開點分別控制輸出200、210；

2）設計數器C2，當時間運行2h后，將CNT1的計數預置值（即數據901）從6減2變?yōu)?，同時將C2清零，進入第二時間段即送電2 min，停電4 min；依此類推，再運行2 h后，CNT 1預置值再減2變?yōu)?，進入第三時間段，送電2 min，停電2 min；具體梯形圖6，如圖7.

3）另外設計一個計數器C3，當時間運行到6 h后，通過主控指令MCS、MCR終止C0、C1循環(huán)的子程序，同時啟動電爐并用計數器C4計時，兩小時后發(fā)出停止送電的指令，完成最后2 h的控制。C3預置值（數據903）根據烘爐時間選擇開關設置給與賦值，具體梯形圖如圖8.

4）程序流程圖：

程序流程圖如圖9所示。

按2.4.2編程思想編制梯形圖程序，通過手持式編程器輸入程序并存儲到存儲器盒。如圖10所示。

圖10 裝置完成后的實物照片

3 總 結

1）通過編制自動烘爐控制程序，較好地掌握并應用了和泉PLC的指令，其中的控制思想及理念（尤其是可調時長脈沖與計數器結合用于長時精確控制）也可以用于其他廠家PLC的控制實踐中，因此本程序具有一定的推廣借鑒價值。

2）本裝置經過現(xiàn)場一年實際使用，大幅度提高了停送電時間控制精度，提高了烘爐質量，并且減少了工人勞動強度，達到改善預期目標，受到車間及工廠QCD改善部門的一致好評。