剥锌生产线的集中控制系统

2020-10-23袁雄兵

有色金属设计 2020年3期

袁雄兵

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410011)

0 引言

(1)技术背景

剥锌生产是锌冶炼过程中最关键最重要的工序，其工艺过程是采用专用行车将电积好的锌阴极板从电解车间电解槽中吊出，然后将锌阴极板吊运至锌片剥离装置，再把锌金属片从阴极母板的两面剥离下来，之后通过叉车或者输送设备将剥离下来的锌金属片送至锌熔铸车间的电炉设备和铸型设备铸成锌锭。传统剥锌工艺主要为人工操作，岗位工人操作吊车将锌阴极板从电解槽中吊出，再通过工人手动将锌金属从阴极板上剥离下来，这种吊运和剥锌的方法无法满足锌冶炼产能越来越大的需求，同时还造成对环境的严重噪音污染及对岗位工人形成有害气体、残液伤害，因此传统的剥锌工艺严重制约了我国锌冶炼的清洁高效降耗生产。2017年底国家发改委公布了铅锌行业准入条件，对新建锌冶炼厂的冶炼规模、冶炼工艺、关键装备、单位能耗、环境保护、安全生产等方面做出了明确规定，这就迫切要求开发一种高效智能的剥锌生产线的控制系统，来满足铅锌行业准入条件。本文在现有锌冶炼电解工艺及冶炼电解装备的基础上，开发了一种基于自动吊运极板、自动剥锌和自动刷洗生产线的智能控制系统。

(2)剥锌生产线介绍

剥锌生产线的主要工艺装备包括锌金属剥离设备、锌阴极母板刷洗装置、极板吊运设备(包括第一行车和第二行车)，见图1。I系列电解槽区域的第一行车将已电积好的阴极板从电解槽吊出槽，吊运至锌金属剥离装置上，2系列电解槽区域的第二行车将已剥锌金属的阴极母板从锌金属剥离装置吊运至刷洗装置，同时，第一行车还需要将已经刷洗完毕的阴极母板吊装回1号系列电解槽中；图中的箭头方向即为阴极板的运行方向，亦即为上述的自动剥锌生产线的工作流程方向。1号系列电解槽、2号系列电解槽、左右两侧2台吊运设备对两侧电解槽阴极板的吊运、锌片剥离、刷洗功能完全相同。

1 系统结构与原理

剥锌生产线智能控制系统网络见图2。剥锌生产线的智能控制系统包括了专用打印机、专用工业计算机、刷洗机控制装置、剥离装置控制器、总控制装置、冗余控制装置、控制交换设备、通讯交换设备、第一行车控制装置、第二行车控制装置等，这些设备能实现剥锌生产线的智能控制，第一行车控制装置、第二行车控制装置、剥锌机控制装置和刷洗机控制装置通过工业以太网通讯总线与控制交换设备相连，控制交换设备通过工业以太网总线与总控制装置连接，行车控制装置、剥锌机控制装置、刷洗机控制装置分别接收总控制装置指令并分别控制行车、剥锌装置、刷洗机的动作。总控制装置可以接收各个控制装置发送的设备运行、工作状态及故障信息，并可根据设备运行、状态及故障信息对剥锌生产线的各个设备进行实时精准控制，从而可实现剥锌生产的自动化和智能化。工业计算机和专用打印机通过以太网通讯总线与通讯交换设备相连，通讯交换设备通过以太网通讯总线与总控制装置连接，总控制装置再通过通讯交换设备把系统的运行参数和状态送至工业计算机进行实时显示，同时接收工业计算机对自动剥锌生产线参数的设置，并控制剥锌生产线自动运行，工业计算机可实时显示剥锌生产线的生产状态和系统参数，也可对自动剥锌生产线进行参数设置或系统控制，打印机用于打印相应的资料、文档或报表。

2 系统硬件设计

剥锌生产线的集中控制系统的硬件部分主要包括以下设备：电源系统、总控制器、控制交换设备、通讯交换设备、行车控制装置、剥锌机控制装置、刷洗机控制装置、专用工业计算机、打印机、通讯总线等。

2.1 电源系统

总控制装置、交换设备、行车控制装置、剥锌机控制装置、刷洗机控制装置等的电源为直流24 V。电源模块采用AC220 V交流输入，见图3。经隔离变压器后，设置1台UPS电源，然后将AC220 V电源送至交流转直流电源模块，输出为直流24 V电源，电源模块为标准导轨式安装，可提供的电源能力为直流24 V，电流范围从500 mA至40 A，同时有1.5倍的过负荷能力。

2.2 总控制装置及交换设备

总控制装置及交换设备结构见图4。为保证控制系统工作的稳定可靠，剥锌生产线控制系统采用双控制器作为总控制器，这2个控制器可实现在线自动切换。但在同一时间点系统要求只能有一个控制器能获得对远程IO站和总线的控制权限，所以要预先设定主控制器和备用控制器，由控制系统决定哪个控制器为主控制器，哪个控制器为备用控制器。主控制装置的功能为确保控制系统的运行、通讯及数据处理、数据交换。而备用控制装置的主要功能是实时监视主控制装置的运行情况，并且将控制系统运行中相关的一些重要数据读入和存储，一旦主控制装置出现故障等异常情况，备用控制装置可立即变成主控制装置，原主控制装置变为备用控制器，主备控制装置热备冗余，并可实时在线切换。

2.3 行车控制装置

第一行车和第二行车控制装置结构图见图5。行车控制装置通过以太网通讯电缆与输入输出模块、行车行走电机变频器、行车提升电机变频器相连；通过光纤模块把以太网通讯的电信号转换成光信号后，用光纤把行车控制装置和行车本体上的远程IO站相连，远程IO站包括输入输出模块、称重系统和提升电机编码器。行车控制柜、行车配电柜、行车本体控制柜均设有1套电源系统，用于给控制器、输入输出模块等提供DC24 V电源。第一行车控制装置和第二行车控制装置通过以太网通讯电缆与图4的控制交换设备相连，构成互联互通的控制系。

2.4 剥锌机控制装置

剥锌机控制装置结构图见图6。剥锌机控制器通过以太网通讯电缆与输入输出模块、剥锌系统变频器相连接。剥锌机控制柜、剥锌机配电柜均设有1套24 V电源系统，用于给控制柜内的控制器和输入输出模块等设备提供24 V工作电源。剥锌机控制器通过以太网通讯电缆与图4的控制交换设备相连，构成互联互通的控制系统。

2.5 刷洗机控制装置

刷洗机控制装置结构图见图7。刷洗机控制装置通过以太网通讯电缆与输入输出模块、刷洗系统变频器相连。刷洗机控制柜、刷洗机配电柜均设有1套电源系统，用于给控制器、输入输出模块等提供24 V电源。刷洗机控制装置通过以太网通讯电缆与图4的控制交换机相连，构成互联互通的控制系统。

3 系统软件设计

3.1 软件开发环境

STEP 7 V5.X是一款可编程控制器的编程软件，用于控制系统的软件编程、系统调试、状态监控、参数设置。利用该软件平台的硬件组态功能，能实现剥锌生产线集中控制系统的主控制器、从控制器、剥锌系统控制器、剥锌系统I/O模块、刷洗机控制器、刷洗机I/O模块、第一行车控制器、第一行车I/O模块、第二行车控制器、第二行车I/O模块等硬件配置和参数设置，系统上电后利用软件在线检测功能，可对通讯总线进行实时监测。