可編程序控制器在銅冶煉生產過程中的應用

20世紀60年代末，為了改變由成千上萬個繼電器經硬線連接構成的傳統裝置，美國數字設備公司（DEC）于1969年研制成功一臺可編程序控制器（以下簡稱PLC）。經過20多年的不斷發展，現在已形成了完整的工業控制產品系列，其功能從最初僅有計時、計數及邏輯運算等簡單功能發展到目前的具有接近計算機的強有力的軟硬件數據處理功能和聯網通信功能，在I/O點數、內存容量、系列化、通信化、通用化方面都有了明顯的進步，特別引人注目的是新推出的PLC產品都大大增強了通信功能，采用了網絡技術，使多臺PLC并網工作，提高了整體性能。

從控制功能上看，PLC可替代繼電器控制電路的一切功能，具有浮點運算、數據傳送和比較、文件傳送、診斷、邏輯判斷、中斷控制、通信、人機對話等功能，在使用方便性和系統可靠性方面則具有繼電器電路無與倫比的優越性。目前，PLC產品已成為控制領域中最常見、最重要的裝置之一。它代表了當前電子程控技術的發展潮流，其應用已滲透到國民經濟的各個領域，發揮了日益明顯的作用，因而受到世界各國越來越高的重視。據調查結果表明，約80%的工業單位可采用PLC作為控制裝置，可見其在工業各個領域中的應用前景之廣泛。

金隆銅業有限公司是率先在國內銅冶煉企業采用可編程序控制器用于主體生產工藝過程控制的企業，其成果和經驗隨后也得到了國內其他冶銅企業的肯定和效仿，該項目也因此獲得了當時的國家有色工業局授予的科技進步一等獎。金隆銅業有限公司采用的是在國際市場占有率較高，知名度也較高的美國Rockwell公司生產的PLC-5系列大型可編程序控制器。全套系統的成套和軟件的編制調試則由上海自動化儀表研究所、南昌有色金屬設計研究院、銅陵有色設計院和金隆銅業有限公司自動化室共同承擔，這幾家單位都有著雄厚的技術力量和多年從事自動化項目設計、成套的經驗，因而系統自投用以來在生產和管理中都收到了顯著的成效。

系統概述

1.系統配置

金隆的可編程序控制器系統主要包括：三臺轉爐、轉爐公用設備及鑄渣機PLC控制系統；兩臺陽極精煉爐PLC控制系統以及電解車間及電解液凈化部分的PLC控制系統。

以上三個系統共分為九個PLC控制站，這九個PLC控制站全部選用PLC-5/40可編程序控制器作為主機。

2. PLC-5/40介紹

PLC-5/40是Rockwell公司PLC家族中應用最廣、功能最強、性能價格比最理想的機種之一。它具有速度快、內存大、指令系統豐富等特點，并可配置成主機和網絡冗余的控制系統。

3. 軟件介紹

軟件包括通信軟件WinLinx、監控軟件WinView和編程WinLogic5。

● WinLinx是以Windows為基礎的、用于與PLC進行通信的軟件。WinLinx既是一個驅動程序又是一個DDE服務程序。驅動程序是與PLC之間的通信接口，而DDE服務則提供了與Windows其他應用程序的數據交換手段。
● WinView是一個用于數據采集、監控和信息管理的工業監控軟件包，是個人微機上的實時、多任務、多窗口的、功能強大的、模塊化的、彩色圖形組態軟件。它可以根據現場數據的變化而形成動態畫面。
● WinLogic5是用于對可編程序控制器進行編程和文本處理、功能強大的軟件包。它提供了對ROCKWELL公司的PLC-5可編程序控制器進行在線和離線編程、I/O組態、報告、診斷、注射和監控、強制等功能。它具有非常友善的人機界面，全部功能均可以用鼠標進行簡單的操作。

具體應用

1.在陽極精煉爐的應用

金隆公司共有兩臺陽極精煉爐，其操作控制水平的好壞直接關系到陽極銅的質量乃至影響到電解銅的質量，陽極精煉爐共用了四個PLC-5/40處理器，兩主兩從，互為熱備，分別控制兩臺陽極精煉爐的傾轉系統、附屬設備和所有的調節回路。另外，還擔負著接受行車無線傳輸稱重數據的任務。

此外，兩臺行車上的行車秤的稱重實時數據也是由陽極精煉爐PLC進行接受并進行數據轉換處理和顯示的。大部分實時信號的累計值、歷史趨勢和報警畫面也都由PLC完成。總之，由于在陽極精煉爐使用了PLC，使得大量的繼電器控制柜和二次儀表得以取消，不僅節省了空間，也使得故障率大為減少，提高了系統的可靠性，并且回路修改極為方便，減少了二次投資。

2.在轉爐的應用

轉爐工段包括三臺轉爐本體、三套殘極加料系統、一套溶劑運輸系統、環境集煙以及電收塵四大部分。有八個PLC組成四套熱備控制系統進行控制，每臺轉爐本體和對應的殘極加料系統由一套PLC進行控制，溶劑運輸、環境集煙以及電收塵由一套PLC進行控制。

投產以后，根據生產情況和工藝要求，我們對轉爐的事故傾轉回路進行了改造，將事故傾轉由直流傾轉改為交流傾轉，僅當交流失壓時才由直流傾轉，增加了系統的可靠性。還增設了富氧調節回路和純水槽自動補水調節回路。此外，由有色機械總廠生產的鑄渣機也是用PLC進行控制的。由于采用了PLC進行控制，使轉爐的勞動強度大為減輕，監控更為方便，維護更為簡單。

3.在電解、凈液的應用

電解、凈液共用了三臺PLC，一臺用于對電解工段的電器設備以及過程工藝參數進行檢測和控制，一臺用于對凈液工段的電器設備以及過程工藝參數進行檢測和控制，一臺用作與上位一臺以太網的網絡通信接口。

PLC主要對一些給液泵、循環泵、泥漿泵等一些泵的啟、停進行聯鎖控制和監視，對風機的運行情況進行監控，對短路器進行監控。

由于采用了PLC，取消了大量的二次儀表，所有的儀表指示值都可以在監控站的屏幕上顯示，統計報表、歷史趨勢曲線都可以很方便地打印出來。參數的修改和設備的操作都可以用鼠標在屏幕上完成。

網絡化方案及其實現

PLC-5處理器不僅具有非常強的控制功能，還具有非常強的通信能力。因此，它不但適用于各種控制應用環境中，特別適用于計算機集成生產系統（CIMS）的生產方式，與計算機等來形成一個高度全面化的分布式多級控制系統。生產的過程十分復雜，因此實現生產過程的全面高度自動化比較困難，同時，由于市場需求和技術發展的更新速度日益加快，以往傳統的、相對穩定的生產過程也變得越來越不適應要求，這就對自動化生產的方式提出了一個動態的開放要求。因此，管理和控制一體化成為現代化企業越來越迫切的需要，而在此過程中，網絡化的實現又成為一個關鍵的環節。

金隆公司的生產管理網絡就是這樣一個集控制和管理于一體的廠級分布式控制系統，網絡構成如下圖所示。

1. PLC與管理網的聯接

由網絡圖可以看出，全廠的PLC共構成兩條數據高速通道（DH+）鏈，一條是電解、凈液的PLC通過ROCKWELL公司的以太網接口模塊5/20E與以太網相連，一條是陽極精煉爐、轉爐的PLC通過DCS與上位以太網相連。采用這種聯結方案主要是受各PLC物理位置的限制。PLC的實時數據傳到以太網后，由美國DEC公司的阿爾法小型計算機接受并轉換成個人電腦可以識別的數據信號后，再發往各管理終端。這樣，各管理終端通過相應的軟件就可以隨時調出工藝流程畫面和實時工藝參數，管理者就可以隨時了解到現場工藝情況和各類數據報表，從而為管理帶來極大的便利。

2. DH+網

DH+是一個公共總線形成的對等的工業局域網，其網上的每個節點無主次之分，網絡的存取方式為令牌傳遞方式，傳輸介質為屏蔽雙絞線，最大傳輸距離為3044m，通信波特率為57.6K（57.6K位/s=1字節/0.14ms）,最大節點數為64個。

屏蔽雙絞線相對比較便宜，并有比較好的抗噪性，能保證傳輸信號不失真，不失為一種理想的傳輸介質。令牌傳遞方式可以消除那些試圖獲得網絡訪問權的PLC站點之間的競爭，哪個站點得到令牌，它就成為主站，從而有權向其他站點發送信息，用完相應的時間片后，即將令牌傳遞到下一個站點，這樣可以避免因某個站點故障而影響到整個網絡。每個PLC-5/40處理器有四個通信口，可用軟件設置成遠程I/O通信鏈與輸入輸出機架相連或設置成DH+網絡通信口。在轉爐調試時，由于各站點之間需要傳遞的數據量太大，引起監控站屏幕頻繁出現網絡超時報警信息，我們就用處理器空閑的通信口，專門設置了一條DH+通信鏈，專門用于處理器之間的數據傳遞，解決了網絡擁擠的問題。

由于DH+網絡優越的網絡性能，使得數據在站點之間傳遞變得極為便利，行車稱重數據本來發往陽極精煉爐，可是因為有了DH+網絡，在轉爐也可以看到這些數據。轉爐的作業方式是交替作業，加上很多設備是三臺轉爐共用，因而需要相互傳遞的信息量非常大，因為有了DH+網絡，一切問題迎刃而解。

調試中遇到的難點及解決辦法

投產前，網絡安裝測試好之后，開始進行系統的總調試，發現由于三臺轉爐的很多輔助設備是共用的，因而各PLC之間需通過網絡交換的數據量特別大，引起網絡繁忙，網絡超時報警頻頻出現，影響調試和正常操作。起初試圖通過增大監控站的內存、擴大緩沖區、精簡操作畫面等方法解決這個問題，但效果均不理想。后來想到利用處理器的其他空閑的通信口，專門開設一條網絡專供轉爐的四個PLC之間傳遞數據用，結果十分令人滿意，很好地解決了這個問題。

投產后的增設及改進項目

由于工藝狀況和設備狀況的要求，投產后在轉爐進行了一系列的改造和增設項目，主要包括以下幾個方面。

1.轉爐事故傾轉的改造

在原設計中，轉爐的事故傾轉是蓄電池帶動直流電機驅動的，由于蓄電池只能供電10min，而充電時間需10多個小時，且有傾轉速度慢、性能欠可靠等缺點，容易引起堵風眼事故。針對這種情況，我們在軟件上進行了修改，使得只有交流失壓時，才由直流電機驅動轉爐移動， 在其他條件下，均由交流電機帶動爐子做事故傾轉，大大減少了事故的發生，具有很好的效果。

2、增設富氧改造調節回路

投產一段時間后，為了增加固破和冷銅的處理量，根據工藝要求，我們在轉爐增加了富氧錘煉自動調節回路。回路投用后，操作人員只要在操作畫面上設定所需的用氧濃度，調節回爐即可根據送風流量和設定氧濃自動調節氧氣的流量，操作十分方便。至今，使用效果一直很好。

3. 增加純水槽自動補水回路

純水槽的水是用于轉爐冷卻水套的，一旦斷水，就會對設備造成損壞。未改造之前轉爐純水槽補水需用電話與純水站聯系，這就要求操作人員經常監視純水槽的水位，很不方便，改造之后，低水位自動補水，高水位自動停水，且有高、低水位報警，既方便又安全，得到操作人員的好評。

4.增加報警點和歷史趨勢記錄

轉爐投產后，我們在轉爐增加了PLC系統不間斷電源（UPS）掉電報警、煙罩斷流報警、純水槽水位報警等，提高了生產的安全性。增加了排風機轉速和輸出給定值的歷史趨勢記錄，給設備監護和故障判斷分析提供了依據。

總之，可編程序控制器因其可靠的性能、卓越的控制功能和強大的通信功能在金隆公司的生產和管理中發揮了很大的作用，創造了一定的經濟效益。隨著其性能價格比的提高，相信會在工業企業中得到更加廣泛的應用。