关于有色金属残极加料机电气控制系统的研究

摘要：残极加料机是铜冶炼厂必不可少的配套裝置，主要用于残极铜的备料、输送以及投料操作，其自动化控制能够保障铜冶炼厂的有序生产。基于此，本文对有色金属残极加料机电气控制系统进行了研究，首先对电气控制系统的需求进行了分析，然后应用PLC技术设计了一种电气控制系统，该系统能够实现残极加料机的自动控制，但是运行的过程中存在干扰问题，需要采取有效的措施规避干扰，保障电气控制系统作用的发挥。

关键词：有色金属；加料机；电气控制系统

前言：

在工业企业中，PLC控制系统的应用十分广泛，具有应用范围广、功能强大以及控制精度高等优势，是工业自动化的关键环节。在进行工业设备电气控制系统的设计时，可以应用PLC控制系统，提高电气控制系统的有效性，保障工业设备精准控制，实现生产的自动化。

1.有色金属残极加料机电气控制系统的设计

1.1电气控制系统分析

对于铜冶炼厂而言，残极加料机是重要的配套装置，主要利用链板机进行残极铜的自动备料、输送以及投料操作。残极加料机的电气控制系统主要由链板机主驱动控制站、机头控制站、机尾控制站以及液压泵站控制站等部分组成。电气控制系统主要应用PLC技术，利用PLC控制装置和凸轮开关以及光栅定位传感器，对残极铜料进行备料整型，实现固定间隔传输以及抬起-倾转-投入油缸的自动连续投料，并对自动转炉投料炉门进行联锁控制，确保转炉能够在冶炼生产过程中进行自动加料。电气控制系统的应用能够有效减轻操作人员的工作强度，实现残极冷料的自动备料以及自动投料，实现铜冶炼厂的自动化生产，有助于铜冶炼厂的可持续发展。

1.2传统电气控制系统的不足

在铜冶炼厂实际的生产过程中，受到电源系统以及现场环境等因素的影响，电气控制系统会受到不同程度的干扰，对其控制效果造成不利影响。电气控制系统干扰出现的原因主要有以下三种：

第一，电源的影响，在铜冶炼厂的生产现场中，开关分合造成的浪涌、大兴电力设备（包括电动机以及变频器等设备）的启动或者停止或者电网短路产生的速断电流，都会对电源系统造成脉冲干扰，从而对电气控制系统的电源造成干扰，不利于电气控制系统的稳定运行。

第二，电缆的影响，在铜冶炼厂的生产现场中，有很多动力电缆以及控制电缆，如果施工单位没有按照规范流程施工，使动力电缆与控制电缆处于同一个电缆桥架中，将会导致电气控制系统的信号传输受到外部信号的干扰，对信号的正常传输造成影响，严重时将会使电气控制系统中的I/O点以及模拟量测量模块损坏。

第三，接地的影响，如果电气控制系统的接地系统不满足标准要求，将会对电气控制系统的可靠运行造成不利影响，很容易引发电压冲击危害事故，对铜冶炼厂的正常生产造成负面影响。

1.3电气控制系统设计

基于PLC技术，本文进行了有色金属残极加料机电气控制系统的设计，有效解决了上述问题。电气控制系统的结构为分层分布式，主控制站选择西门子S7-1500控制系统，并通过ProfiNet工业以太网具备的远程I/O从站扩展的方式，对铜冶炼厂的公用液压泵站、1-3#残极加料机的机尾备料控制站以及1-3#残极加料机的机头投料控制站进行远程控制。在文本设计的电气控制系统中，所有远程从站都是利用工业以太网交换机和西门子S7-1500主控制站进行连接，能够就地完成分布式控制站的布置，在很大程度上减少了控制现场的电缆连接。具体的电气控制系统如图1所示：

在本文设计的电气控制系统中，其控制软件包括监控触摸屏软件以及PLC控制软件这两部分。其中，监控触摸屏软件选用西门子博图Wincc Professional V14版本；PLC控制软件选用西门子博图Step7 Professional V14版本，大大提高了电气控制系统的有效性[1]。

2.有色金属残极加料机电气控制系统的应用管理

2.1电气控制系统的应用流程

在本文设计的电气控制系统中，三套残极加料机能够单独运行，也能够同步运行，三者相互独立，不会对彼此产生干扰。在备料工艺生产的过程中，电气控制系统的应用流程如下：（1）开启链板输送机的驱动电机；（2）对机尾备料过程进行整型；（3）驱动电机将离合合上，并启动链板输送机进行铜料的输送；（4）在凸轮到位之后自动开启离合，并再次进行备料整型。在投料工艺生产的过程中，电气控制系统的应用流程如下：（1）联锁开启转炉的加料炉门；（2）顶起缸将冷料顶起；（3）推进缸驱动，将冷料推进；（4）倾转缸进行翻转，将冷料送进炉膛，自动关闭炉门之后完成投料。基于本文设计的电气控制系统，残极加料机的加入冷料能力超过70t/h；输送速度超过0.046m/s；装料周期能够控制在72S/垛，控制效果较为理想。由此可以看出，本文设计的残极加料机PLC控制系统，能够对残极加料过程进行全自动控制，实现加料过程的自动化与高效化。

本文设计的电气控制系统采用西门子1500PLC加远程ET200SP远程IO的架构，利用PROFINET的方式，将光电转换器和光电路由器作为中间连接方式。这种设计方案，可以把原来需要集中拉往远处集控室的信号电缆，就近拉到机头或者机尾处，不仅可以有效节约电缆，提高电气控制系统的经济性，还能够避免远距离信号输送带来的信号干扰问题，有效解决了输入/输出信号干扰的问题。

2.2电气控制系统的完善

为了解决上述干扰问题，保障电气控制系统的稳定运行，避免干扰问题的影响，设计人员需要在电气控制系统中应用带有金属屏蔽层的控制电缆，并将控制电缆的屏蔽层进行单端接地以及控制器侧接地，避免同一个电缆串用，同一个电缆仅能够用于直流信号或者交流信号的传输，不可以交流混用。与此同时，技术人员可以分开进行控制电缆以及动力电缆的敷设工作，避免两者经过同一个线管或者桥架。如果铜冶炼厂中存在变频电机，动力电缆也尽量选用带有金属屏蔽层的电缆。另外，技术人员需要进行电气控制系统的单独接地，将PLC控制系统的专用接地桩安装于电气控制系统附近[2]。

但是在由于本文设计的电气控制系统没有配备冗余系统，一旦系统出现故障，电气控制系统控制的设备将全部停机。而且电气控制系统的安全性仍有提升的空间，不能够对人身意外进行保护。也就是说，技术人员需要采取有效的措施，提升电气控制系统在发生意外时的响应速度，这是有色金属残极加料机电气控制系统未来设计的重点。

结论：

综上所述，有色金属残极加料机电气控制系统的内容相对较多，需要设计人员考虑多个方面。通过本文的分析可知，基于PLC技术设计的电气控制系统，能够实现残极加料机备料及投料的自动化，减轻操作人员的工作强度，实现铜冶炼厂的自动化与现代化生产，提高铜冶炼厂的生产效率，促进我国冶炼行业的可持续发展。希望本文的分析可以为相关研究提供理论参考。

参考文献：

[1]姜建伟.PLC在电气控制系统中的应用探究[J].佳木斯职业学院学报，2018（01）：3-4.

[2]朱建强，田志涛.舞钢电渣重熔炉加料机电气控制系统的改造实践[J].宽厚板，2015，21（01）：46-48.

作者简介：吴钟、男、（1983） 江苏省 南京市、汉族、职称（助理工程师）、学历（大专）、研究方向（西门子工业过程控制）、单位（南京苏润科技发展有限公司）、单位所在省市（江苏省）、单位邮编（210000）