關(guān)于PLC控制在電石爐電極升降控制中應(yīng)用的研究

（陜西北元集團(tuán)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(chǎn)的主體設(shè)備，生產(chǎn)電石時需把電能轉(zhuǎn)變成熱能，將爐料加熱到預(yù)定溫度。所以，電石生產(chǎn)的關(guān)鍵在于電石爐內(nèi)溫度值的大小和穩(wěn)定性。而溫度的改變是由電極插入爐料的深度來調(diào)節(jié)的，因此三相電極的位置控制是電石爐控制系統(tǒng)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(jìn)行詳細(xì)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(chǎn)高質(zhì)量的電石，電爐內(nèi)應(yīng)保持高溫進(jìn)行，不然會降低生產(chǎn)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(jìn)一步實現(xiàn)閉弧生產(chǎn)。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(chǎn)活動，也會對爐底產(chǎn)生損耗。所以，我們應(yīng)該合理將電流的電壓比合理搭配。如果想要維持電流的數(shù)值，就要進(jìn)一步的更改電極的位置。進(jìn)一步的更改電極的位置，能夠讓電流相應(yīng)變化，這種情況能夠利用電極升降裝置進(jìn)一步實現(xiàn)管控。

1.2 電極壓放控制

生產(chǎn)電石的過程當(dāng)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(diào)整。與此同時，因為操作需求，要進(jìn)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(jìn)一步實現(xiàn)對電極的管控。

2 PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

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

系統(tǒng)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(shù)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(shù)碼顯示器、管控電極升降的接觸器、電磁閥線圈。

2.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

①電極升降模塊。為了進(jìn)一步符合電極升降的各項需求，要分析電石生產(chǎn)具有的特性，比如：內(nèi)部動力學(xué)特性、外部干擾特性，制定相應(yīng)的數(shù)字模型。采用智能的PID算法，進(jìn)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(jìn)一步調(diào)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(yīng)該依照實際轉(zhuǎn)移圖，進(jìn)一步利用步進(jìn)梯形指令加以實現(xiàn)。

3 PLC控制在電石爐電極升降控制中的應(yīng)用

3.1 電石爐控制系統(tǒng)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(hù)、數(shù)據(jù)收集。依照實際需求根據(jù)PLC當(dāng)做控制系統(tǒng)，根據(jù)工控機當(dāng)做人機接口相互融合的形式來進(jìn)行管控、PLC需要符合系統(tǒng)要求，進(jìn)一步管控系統(tǒng)需求的信號采集，不同的運算。

3.2 硬件設(shè)計

3.2.1 電極升降控制系統(tǒng)

生產(chǎn)電石的過程當(dāng)中，在沒有變動電石爐變壓器二次端電壓的技術(shù)條件下，電石爐溫度還有電極電流呈現(xiàn)正比關(guān)系，與此同時，電壓沒有較多的變化，進(jìn)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(wěn)定的狀況，需要進(jìn)一步管控電極能夠滿足相關(guān)需求。我們將PLC作為重心，使用智能的計算形式，能夠?qū)﹄姌O位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可以讓爐內(nèi)的電流相對穩(wěn)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(wěn)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(jìn)一步對比電弧電流設(shè)定值和實際數(shù)值，分析差值，進(jìn)一步進(jìn)行相應(yīng)的管控。如果差值超過0，那么設(shè)定值大于實際值的情況下，將電極向下進(jìn)行調(diào)控，相反則向上進(jìn)行調(diào)控，能夠?qū)⑵淦胶?，進(jìn)一步實現(xiàn)穩(wěn)弧加熱。

3.2.2 電極壓放控制系統(tǒng)

電極壓放的最終目標(biāo)在于能夠維護(hù)電極的冶煉長度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動，也可以實現(xiàn)手動。電磁閥、液壓缸驅(qū)動可以進(jìn)一步的管控電極的壓放。而電極壓放系統(tǒng)組成部分為上摩擦環(huán)、下摩擦環(huán)、錐形。沒有開啟壓放程序時，上摩擦環(huán)、下摩擦環(huán)、錐形環(huán)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(jìn)行。

3.3 系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)指定功能，自動調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)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(jié)構(gòu)，將重要模塊存放在OB1、OB35當(dāng)中。OB1可以實現(xiàn)計算功率，報警，軟測量。OB35可以完成電極升降PLC的管控。結(jié)構(gòu)涵蓋數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)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(dāng)中，升降缸進(jìn)行波動動作，電極產(chǎn)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(yīng)該嚴(yán)格的按照“勤壓、少壓”執(zhí)行。使用手動模式時，相關(guān)人員要及時的管控不同環(huán)節(jié)，要及時的根據(jù)時間來操作升降缸。采用自動的形式，壓放的長度應(yīng)該根據(jù)升降缸的行程來確定。

4 結(jié)語

電石爐系統(tǒng)使用了PLC進(jìn)行管控之后，可以進(jìn)一步管控生產(chǎn)過程，改善生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量，還能夠讓設(shè)備的構(gòu)成更加簡單，有利于相關(guān)人員進(jìn)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(hù)功能，與此同時，相關(guān)人員可以及時的掌握設(shè)備的狀態(tài)，將信息加以處理，可以提升生產(chǎn)的安全性。