基于西門(mén)子PLC的電爐的控制設(shè)計(jì)

胡學(xué)勇

（銅陵有色稀貴金屬分公司，安徽 銅陵244000）

0 概述

稀貴金屬分公司貴金屬冶煉一車(chē)間從事銅陽(yáng)極泥中稀貴金屬的回收，產(chǎn)品包括金，銀，硒，碲，鉑，鈀。 其中鉑精制采用NH3Cl 沉鉑工藝，得到鉑的氯酸鹽-氯鉑酸銨。再對(duì)氯鉑酸銨進(jìn)行分段式煅燒得到最終產(chǎn)品海綿鉑（1）。 化學(xué)方程式：

3(NH4)2[PtCl6] (煅燒) = 3Pt + 2N2(g) + 2NH3(g) + 18HCl(g)

煅燒設(shè)備為電爐，該爐爐膛尺寸為700*300*300mm，電阻絲共三組，分布于爐膛兩側(cè)。 在爐膛與爐殼之間，敷有150mm 超高溫隔熱材料。 整個(gè)煅燒過(guò)程持續(xù)10.7 個(gè)小時(shí)， 電爐分別工作在250℃、450℃、650℃、900℃、4 個(gè)溫度段；共有8 種工作狀態(tài)，幾乎每小時(shí)都要更改參數(shù)，操作復(fù)雜繁瑣。 通過(guò)引進(jìn)可編程邏輯控制器，給設(shè)備裝上“大腦”。根據(jù)工藝及要求，將每種狀態(tài)以程序的形式錄入其中，一可以減少崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，二可以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，對(duì)電爐溫度多段式控制的研究有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電爐電氣原理

三相電經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)，交流接觸器，限流熔斷器，全隔離單相交流調(diào)壓模塊，連接到電爐電阻絲。每條線(xiàn)路上安裝電流互感器，連接到控制柜面板電流表，以便操作人員能夠直觀(guān)的了解每相電流大小，從而判斷出電爐的運(yùn)行狀況。

電氣原理圖1

圖1

其中QS 是空氣開(kāi)關(guān)，KM 是交流接觸器，F(xiàn)U 是過(guò)流熔斷器，A 是電流表， JT 是全隔離交流調(diào)壓模塊，R 是電爐電阻絲，T 是爐溫檢測(cè)熱電偶。

以電爐功率21kW,電阻絲采用Y 型接法計(jì)算。滿(mǎn)功率工作下每相電流約為32A。 純電阻電路電流沖擊較小，電器元件實(shí)際容量可為理論容量的1.2-1.5 倍。 空氣開(kāi)關(guān)，交流接觸器的額定電流可選擇40A；熔斷器的熔斷電流可選擇45A；根據(jù)銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)截面積與通過(guò)電流1：5的經(jīng)驗(yàn)值，主電路的導(dǎo)線(xiàn)截面積可選擇為8m2。

2 控制系統(tǒng)硬件選型

2.1 全隔離交流調(diào)壓模塊選型

2.1.1 需求分析

對(duì)于電爐，要實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度可控，必須實(shí)現(xiàn)電阻絲線(xiàn)電壓可控，通過(guò)引入電力電子元器件，在觸發(fā)端給定可變電流/電壓，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路的截?cái)?、部分截?cái)唷⑷?，從而很好的控制電壓值，從而很好的控制溫度。電力電力元器件種類(lèi)繁多，功能多樣，根據(jù)電爐實(shí)際工作電流，選擇調(diào)壓模塊型號(hào)為：DTY-H220D75G 。

2.1.2 器件參數(shù)及使用說(shuō)明

類(lèi)型：增強(qiáng)型；電流等級(jí)75A；電壓等級(jí)380V;控制電壓0-5V;

其引腳如圖2：

圖2

2.2 熱電偶選型

電爐實(shí)際的使用溫度在20-900℃之間，K 型熱電偶的測(cè)溫范圍為0-1300℃，輸出電壓為0-50mV。 能滿(mǎn)足使用要求，考慮到需要插入爐膛內(nèi)進(jìn)行測(cè)溫，綜合爐膛大小，長(zhǎng)度以300mm 為佳。

2.3 PLC 選型

為滿(mǎn)足需求，電爐PLC 需實(shí)現(xiàn)3 個(gè)功能：K 偶的數(shù)據(jù)采集；全隔離交流調(diào)壓模塊電壓給定值輸出；電爐溫度控制的PID 調(diào)節(jié)。根據(jù)需求，西門(mén)子PLC 選型為CPU221+EM235。 其中EM235 完成數(shù)據(jù)采集及調(diào)壓功能。 PID 功能通過(guò)調(diào)用其內(nèi)置的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 程序設(shè)計(jì)及核心代碼

針對(duì)實(shí)際使用中的八種工作狀態(tài)，以及電爐各種工作狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系，得出程序的流程圖3。

圖3

根據(jù)此流程圖，可完成多段式電爐控制PLC 程序的編寫(xiě)。 部分核心程序如下：

3.1 溫度顯示程序

實(shí)現(xiàn)將0-50mV 電信號(hào)轉(zhuǎn)化成直觀(guān)的0-1300℃數(shù)值信號(hào)。輸入電壓信號(hào)為單極性， 硬件設(shè)置也為單極性，EM235 SW1-SW6 撥碼盤(pán)的值為100101。

LD SM0.0;上電程序進(jìn)行

ITD AIW0, AC0；將接在第一通道的電信號(hào)賦予臨時(shí)變量AC0

DTR AC0, AC0 ；將臨時(shí)變量值由整型變換成實(shí)型

MOVR AC0, VD232；VD232 為溫度值存儲(chǔ)單元

/R 25.0, VD232；范圍調(diào)整，32000/25=1300

3.2 檢測(cè)溫度，判斷程序流向（以判斷條件t>250℃為例）

LD SM0.1 ；開(kāi)機(jī)時(shí)判斷一次

AR>=VD232, 250.0

= M0.0；爐膛實(shí)際溫度大于250℃

AR>=VD232, 400.0；比較爐膛溫度與400℃大小

LDN SM0.0；爐膛實(shí)際溫度小于250 攝氏度

CALL PID0_INT, VD232,VD212，VD222 ;40 分鐘內(nèi)升溫至250℃

CALL PID0_INT, SM0.2,VD232,250.0，VD222；250℃保溫2 小時(shí)

完成了需求分析，電氣設(shè)計(jì)，器件選型，程序設(shè)計(jì)，代碼編寫(xiě)，代碼測(cè)試工作后，可以將代碼下載到PLC 的內(nèi)部存儲(chǔ)器中去。 設(shè)置好PG/PC 接口傳輸率， 用西門(mén)子S7-200 專(zhuān)用USB-PPI 編程電纜6ES7901-3CB30-0XA0，就可以完成程序下載工作（2）。 設(shè)備進(jìn)入運(yùn)行階段。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)自己的使用需求， 部分工藝設(shè)備的引進(jìn)可以探索新的模式，打破傳統(tǒng)的“拿來(lái)主義”的約束，創(chuàng)造性的提出“我使用，我設(shè)計(jì)”觀(guān)點(diǎn)，結(jié)合不同的專(zhuān)業(yè)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，梳理需求，自我創(chuàng)新創(chuàng)造，生產(chǎn)最適合我，最滿(mǎn)足我的設(shè)備，或者大膽的對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，充分挖掘設(shè)備的潛能。

［1］王愛(ài)榮，李春俠.基于PLC 的礦井中央泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2010(03).

［2］徐志洋,程運(yùn)安,程蕾.西門(mén)子PLC 源程序的自動(dòng)生成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2012(08).