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        基于西門子PLC的電爐的控制設(shè)計(jì)

        2014-12-24 06:53:02胡學(xué)勇
        科技視界 2014年20期
        關(guān)鍵詞:電阻絲電爐調(diào)壓

        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 是空氣開關(guān),KM 是交流接觸器,F(xiàn)U 是過流熔斷器,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)線截面積與通過電流1:5的經(jīng)驗(yàn)值,主電路的導(dǎo)線截面積可選擇為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)電阻絲線電壓可控,通過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)線路的截?cái)唷⒉糠纸財(cái)?、全通,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)及使用說明

        類型: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 功能通過調(diào)用其內(nèi)置的模塊來實(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。 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,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, 用西門子S7-200 專用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“拿來主義”的約束,創(chuàng)造性的提出“我使用,我設(shè)計(jì)”觀點(diǎn),結(jié)合不同的專業(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).

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