高 峰 黃立興

（沈陽鑫博工業(yè)技術(shù)股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 系統(tǒng)工藝設(shè)備構(gòu)成

本系統(tǒng)電解鋁廠殘極破碎系統(tǒng)工藝設(shè)備主要有殘極料倉、殘極料倉料位計、除塵系統(tǒng)、電磁鐵、殘極輸送斗式提升機(jī)（一用一備）、電液動三通、圓錘破碎機(jī)、大傾角膠帶輸送機(jī)、顎式破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)等組成。

1.殘極料倉：用于存儲經(jīng)過破碎后的殘極。

2.殘極料倉料位計：用于測量殘極料倉的連續(xù)料位，用于系統(tǒng)報警及聯(lián)鎖。

3.料倉袋式除塵器：用于料倉收塵的作用。

4.主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)：用于輸送已經(jīng)破碎到規(guī)定力度的殘極到殘極料倉。

5.電液動三通：用于轉(zhuǎn)向到主用或殘極輸送斗式提升機(jī)的工位通道。

6.圓錘破碎機(jī)：用于已經(jīng)破碎到一定力度的殘極深度破碎到規(guī)定力度。

7.大傾角膠帶輸送機(jī)：用于輸送已經(jīng)破碎到一定力度的殘極到圓錘破碎機(jī)。

8.顎式破碎機(jī)：用于破碎原料殘極到一定力度。

9.膠帶輸送機(jī)：用于輸送原料殘極到顎式破碎機(jī)。

10.輸送及破碎袋式除塵器：用于輸送及破碎收塵的作用。

11.電磁鐵：用于收集原料中的鐵質(zhì)雜物。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成以及功能

控制系統(tǒng)由二層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，即設(shè)備控制層和設(shè)備層。設(shè)備控制層：Siemens300 系列PLC 系統(tǒng)1 套（含SiemensM370觸摸屏）。包括一臺主控柜和一臺現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O 站機(jī)柜，SiemensM370 觸摸屏用于監(jiān)控以及參數(shù)設(shè)定等，一臺現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O 站機(jī)柜與主控柜通過現(xiàn)場總線RPOFIBUS 通訊。設(shè)備層：所有現(xiàn)場儀表、設(shè)備。[1]

2.1 設(shè)備控制層即PLC 配置

主控柜包括：主控單元CPU315-2DP1 臺、觸摸屏Siem ensM3701 臺、電源模塊1 臺、數(shù)字量輸入模塊4 臺、數(shù)字量輸出模塊2 臺、模擬量輸入模塊1 臺。主控柜主要接入其區(qū)域內(nèi)的設(shè)備輸入輸出信號。

遠(yuǎn)程I/O 站機(jī)柜包括：電源模塊1 臺、RPOFIBUS 通訊模塊1 臺、數(shù)字量輸入模塊2 臺、數(shù)字量輸出模塊1 臺、模擬量輸入模塊1 臺。

主控單元CPU315-2DP 一路接口DP 與觸摸屏Siemens M370 通過RPOFIBUS 通訊相連，另一路DP 接口與遠(yuǎn)程I/O 站機(jī)柜RPOFIBUS 通訊模塊相連，西門子S7-300 系列PLC 通過RPOFIBUS 總線連接，對設(shè)備和現(xiàn)場儀表進(jìn)行采集和控制，由CPU 處理器完成處理后，通過觸摸屏組態(tài)軟件把數(shù)據(jù)顯示在觸摸屏上，并在觸摸屏上可以對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。觸摸屏組態(tài)軟件WinCCflexible 作為開發(fā)及監(jiān)控軟件，作為一款面向機(jī)器的自動化概念的HMI 軟件，WinCCflexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備，提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。[2]

2.2 設(shè)備控制層實(shí)現(xiàn)的功能

1.數(shù)據(jù)采集并傳送，過程可視化。

2.歸檔過程值和報警，查詢歷史過程值。

3.操作員對過程的控制，實(shí)時顯示工藝流程狀態(tài)。

4.顯示報警信息，使操作人員分析故障原因并處理。

5.過程和設(shè)備的參數(shù)管理，實(shí)時設(shè)定順序控制設(shè)備的啟動時間間隔，停止時間間隔。

2.3 設(shè)備層

由雷達(dá)料位計（殘極料倉）、差壓變送器（袋式除塵器）、聲光報警器、電鈴（電笛）等組成。

3 控制過程的實(shí)現(xiàn)

殘極破碎控制系統(tǒng)設(shè)計采用順序控制，所謂順序控制就是針對順序控制系統(tǒng)，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作，那么系統(tǒng)的這種控制稱為順序控制。

3.1 本系統(tǒng)自動啟動控制

本系統(tǒng)基本啟動方式為倒序啟動，即先逐級啟動下游設(shè)備最后到最上級設(shè)備，啟動間隔時間長度可調(diào)。以下為自動控制啟動過程控制描述：

1.需破碎的殘極上料設(shè)備已經(jīng)有運(yùn)行狀態(tài)（與本系統(tǒng)通訊傳遞信號），即具備上料至輸送到膠帶輸送機(jī)條件、料倉袋式除塵器已啟動以及殘極料倉料位沒達(dá)到滿倉時，本系統(tǒng)具備自動啟動條件。

2.系統(tǒng)具備自動啟動條件后，自動啟動電磁鐵設(shè)備，同時自動啟動輸送及破碎袋式除塵器。

3.電磁鐵和輸送及破碎袋式除塵器在運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定啟動時間間隔T11，主用殘極輸送斗式提升機(jī)自動啟動（當(dāng)主用殘極輸送斗式提升機(jī)出現(xiàn)故障則備用殘極輸送斗式提升機(jī)自動啟動；在系統(tǒng)全部正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)故障，二者進(jìn)行自動切換啟停）。

4.根據(jù)主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號，閥電液動三通自動轉(zhuǎn)到主用或備用設(shè)備通道工位狀態(tài)。

5.在主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號正常及電液動三通自動轉(zhuǎn)到主用或備用設(shè)備通道工位狀態(tài)后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定啟動時間間隔T12，圓錘破碎機(jī)自動啟動。

6.在圓錘破碎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號正常后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定啟動時間間隔T13,啟動電笛進(jìn)行大傾角膠帶輸送機(jī)啟動預(yù)告，大傾角膠帶輸送機(jī)自動啟動。

7.在大傾角膠帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號正常后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定啟動時間間隔T14，顎式破碎機(jī)自動啟動。

8.在顎式破碎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號正常后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定啟動時間間隔T15,啟動電鈴進(jìn)行膠帶輸送機(jī)啟動預(yù)告，膠帶輸送機(jī)自動啟動。

9.本系統(tǒng)通過RPOFIBUS 通訊傳遞需要上料信號至破碎的殘極上料設(shè)備，破碎的殘極上料設(shè)備接收到此信號后開始供料。

3.2 系統(tǒng)自動停止控制

如果流程中的某臺設(shè)備故障，則其上游設(shè)備立即停止；其下游設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行一段時間（時間長度可調(diào)），以便物流能夠走完下游各流程，這段時間過后，整個系統(tǒng)停止。當(dāng)任一臺設(shè)備故障、殘極料倉雷達(dá)料位達(dá)到滿倉的90%、除塵器差壓大于1500Pa 系統(tǒng)都發(fā)出聲光報警信號（具體見圖1）。

圖1

以下為自動控制停止過程控制描述：

1.當(dāng)殘極料倉雷達(dá)料位達(dá)到倉位上限即認(rèn)為滿倉時,本系統(tǒng)RPOFIBUS 通訊傳遞需要停料信號至破碎的殘極上料設(shè)備，破碎的殘極上料設(shè)備接收到此信號后停止供料。

2.根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T21，膠帶輸送機(jī)自動停止運(yùn)行。

3.當(dāng)膠帶輸送機(jī)停止正常即無運(yùn)行狀態(tài)信號后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T22，顎式破碎機(jī)自動停止運(yùn)行。

4.當(dāng)顎式破碎機(jī)停止正常即無運(yùn)行狀態(tài)信號后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T23，大傾角膠帶輸送機(jī)自動停止。當(dāng)顎式破碎機(jī)故障停機(jī)，膠帶輸送機(jī)立即自動停止運(yùn)行。

5.當(dāng)大傾角膠帶輸送機(jī)停止正常即無運(yùn)行狀態(tài)信號后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T24，圓錘破碎機(jī)自動停止運(yùn)行。當(dāng)圓錘破碎機(jī)故障停機(jī)，顎式破碎機(jī)和膠帶輸送機(jī)立即自動停止運(yùn)行。

6.當(dāng)圓錘破碎機(jī)停止正常即無運(yùn)行狀態(tài)信號后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T25，主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)自動停止運(yùn)行。當(dāng)主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)都是故障停機(jī)，圓錘破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)和膠帶輸送機(jī)立即自動停止運(yùn)行。

7.當(dāng)主用或備用殘極輸送斗式提升機(jī)停止正常即無運(yùn)行狀態(tài)信號后，根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定停止時間間隔T26，電磁鐵和輸送及破碎袋式除塵器自動停止運(yùn)行。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)已經(jīng)在哈薩克斯坦電解鋁廠陽極組裝車間投入運(yùn)行多年，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備操作的自動控制、安全聯(lián)鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示等功能。從實(shí)際運(yùn)行的效果來看，該系統(tǒng)安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，環(huán)保顯著，極大提高了生產(chǎn)效率。