陳娟　趙輝　李明

摘 要：文章的設(shè)計(jì)思想是利用上位機(jī)、PLC 及采集模塊實(shí)現(xiàn)真空自耗電弧爐電控系統(tǒng)。同時(shí)闡述了組態(tài)王、OMRON PLC及研華采集模塊的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：上位機(jī)；組態(tài)王；PLC；采集模塊；電弧爐

引言

目前我國(guó)的鈦鑄錠冶煉中，自動(dòng)化程度已越來(lái)越高，以寶雞鈦業(yè)公司的10噸真空自耗電弧爐為先例的大型冶煉設(shè)備采用高可靠、高精度的西門(mén)子PLC S7-300來(lái)設(shè)計(jì)電弧爐控制系統(tǒng)，徹底替換了以前繼電器控制模式。但是西門(mén)子PLC及相應(yīng)的監(jiān)控軟件，對(duì)于小型的真空自耗電弧爐控制系統(tǒng)而言，未免耗資大，根據(jù)這一現(xiàn)狀我們采用價(jià)格較便宜的日本OMRON可編程控制器+采集模塊及國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)10Kg電弧爐。這種組合同樣具有控制精度高、可靠性好、安裝調(diào)試方便、投資省、操作簡(jiǎn)單、軟件編程容易的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)方案的確定

真空自耗電弧爐是在真空下利用電弧放電產(chǎn)生的高溫將鈦?zhàn)院碾姌O熔化到水冷紫銅坩堝內(nèi)可得到高質(zhì)量的鈦鑄錠。該控制系統(tǒng)具有以下主要功能：

（1）電弧電流和電弧電壓控制方式，即通過(guò)調(diào)節(jié)熔化電流控制電弧電壓的大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熔化過(guò)程。

（2）電極桿升降具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。

（3）真空系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、趨勢(shì)顯示及完善的打印系統(tǒng)

（5）聲光報(bào)警。

根據(jù)上述指導(dǎo)思想及設(shè)備小的特點(diǎn)，提出采用日本OMRON可編程序控制器PLC+研華模塊+工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相結(jié)合的控制方案。其中PLC主要完成機(jī)檢測(cè)和控制任務(wù)，研華模塊主要完成模擬量的采集，而上位機(jī)主要是利用組態(tài)軟件組態(tài)王完成監(jiān)測(cè)管理、數(shù)據(jù)采集和人機(jī)界面等任務(wù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和選擇比較，認(rèn)為采用這個(gè)方案不但能在投資較少的情況下實(shí)現(xiàn)電弧爐的基本控制要求，而且能體現(xiàn)信息管理集中優(yōu)化和控制系統(tǒng)實(shí)用可靠的優(yōu)點(diǎn) 。所以這種方案更適合于小型電弧爐的控制。

2 系統(tǒng)框圖和配置

經(jīng)過(guò)消化吸收電氣控制系統(tǒng)的原始電路圖并考慮到PLC及模塊的工作特點(diǎn)，歸納整理出控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)為：

模擬量輸入信號(hào)：共有6點(diǎn)，全部為直流0～10V輸入信號(hào)，主要是互感器及儀表的輸出信號(hào)。

開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)：共有30點(diǎn)，全部為直流輸入信號(hào)，主要是各種傳感器輸入信號(hào)和主令按鈕輸入信號(hào)。

輸出信號(hào)：共有29點(diǎn)，全部為直流輸出信號(hào)，主要是各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出和指示燈輸出信號(hào)。

通訊信號(hào)：PLC運(yùn)行過(guò)程中需要將檢測(cè)到的電弧爐的運(yùn)行狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，同時(shí)也需要接收從上位機(jī)設(shè)置的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，在控制系統(tǒng)中采用RS232串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的交換。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖1所示：

根據(jù)上述I/0信號(hào)分配情況，控制系統(tǒng)決定選用日本OMRON公司的CP1L系列的40點(diǎn)可編程序控制器，工控機(jī)選擇研華整機(jī)，采集模塊選擇研華的ADAM-4520及MOXA CP-104EL兩款產(chǎn)品。

3 主要控制模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件的配置，我們進(jìn)行軟件及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3.1 上位機(jī)及系統(tǒng)軟件

上位機(jī)主機(jī)采用研華的IPC-610工業(yè)機(jī)。上位機(jī)軟件選用目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的組態(tài)王6.53及OMRON的CXP9.3為系統(tǒng)軟件編程。組態(tài)王的功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機(jī)及模塊實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫(kù)、進(jìn)行流程圖顯示、歷史趨勢(shì)圖和棒圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報(bào)表打印輸出。為完成以上功能，組態(tài)王系統(tǒng)軟件的流程圖可以詳細(xì)說(shuō)明問(wèn)題。

3.2 PLC控制模塊

PLC具有穩(wěn)定性、可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)。PLC控制模塊選用日本OMRON公司的CP1L系列的40點(diǎn)可編程序控制器。該控制器有32點(diǎn)輸入和18點(diǎn)的輸出開(kāi)關(guān)量。它主要承擔(dān)所有的電磁閥動(dòng)作及各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障的檢測(cè)與顯示。組態(tài)王與PLC通訊正常后，我們可以在組態(tài)王監(jiān)控畫(huà)面設(shè)置控制按鈕下傳給PLC，通過(guò)PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，最終實(shí)驗(yàn)電弧爐的自動(dòng)控制模式。

3.3 采集模塊控制模塊

采集模塊選擇研華的ADAM-4520多功能采集模塊，主要完成模擬量的采集。模擬數(shù)據(jù)從信號(hào)源采集過(guò)來(lái)經(jīng)變送器變?yōu)樽優(yōu)镺-10V的電壓信號(hào)，經(jīng)ADAM-4520轉(zhuǎn)為數(shù)字量輸入上位機(jī)進(jìn)行顯示。根據(jù)實(shí)時(shí)采集的模擬量的變化情況，可以隨時(shí)改變電弧電流及其他工藝參數(shù)，最終使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用組態(tài)王+PLC及采集模塊控制的10Kg真空自耗電弧爐系統(tǒng)，硬件簡(jiǎn)單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好，可靠性高，程序稍作修改，就可以滿(mǎn)足用戶(hù)不同的控制要求，使系統(tǒng)的“柔性”大大提高。這種控制模式非常適用小型電弧爐控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]組態(tài)王6.5使用手冊(cè)[S].北京亞控科技發(fā)展有限公司.

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