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摘要：本文介绍了PLC控制系统在无氧铜炉组阴极铜预热加料控制系统改造中的成功应用，着重分析和说明了系统控制方案和软硬件结构的设计思想。实际运行表明本系统功能强、性能好、可靠性高、提高熔铸厂无氧铜系列铸锭的产能和品质。对于公司调整产品结构，设备的改造具有较高的应用和参考价值。
关键词：预热 加料 燃烧 PLC 控制 温度控制
一、引言
熔铸厂无氧铜炉组预热加料机控制系统全为继电器相互连锁，相互控制，目前已经使用十几年之久，继电器控制系统故障频发，线路庞大复杂，查找故障点非常困难，耗时耗力，最重要的是设备不稳定，大大影响了生产的顺利进行。为了解决这一问题，在现有的硬件设备上，以最快的建设周期、最少的投资对加料控制系统进行PLC控制化改造，从根本上解决故障频发问题，保证设备的稳定性，保证生产任务的顺利完成是我们这次改造的根本点。
二、方案确定
经论证，确定将现有继电器控制系统拆除，新增一套以西门子PLC为核心的控制系统，对现有的加料系统各控制点进行改造并使之与PLC控制系统相配套衔接。
其优点为：
1、PLC性能稳定，在抗干扰能力强，编程操作简单易懂，能让工作人员迅速掌握。
2、PLC大都采用模块式的结构，在对不同对象和控制要求进行改善组合时，灵活性较强，且易于维修。调试周期较短。
3、改造之后实现自动加料，大大降低了职工的劳动强度
4、加料时阴极铜缓慢入炉，减小对炉衬的冲击，可以提高炉衬寿命。
5、改造之后无氧铜炉控制系统稳定性大幅度提高，有利于充分发挥无氧铜炉组的设备产能。
三、系统概述
1、无氧铜炉组阴极铜预热加料系统的工艺流程
无氧铜炉组预热加料系统的整个工艺流程是将阴极电解铜板依次加热并将其加入熔炼炉中。其具体过程是：由吊车将堆放整齊的阴极电解铜铜垛吊放在铜垛运输机上，由铜垛运输机将电解铜铜垛运到真空卸料装置下，再由真空卸料机将电解铜铜垛上的电解铜板一块一块地送到煤气燃烧炉的输送链上，电解铜板在输送链上向前运送过程中由煤气燃烧炉喷射出的高温气流将电解铜加热到要求的温度，经过加热的电解铜输送到上料台，再由上料台将电解铜输送到熔炼炉的受料口，经受料口将电解铜加入熔炼炉熔化。经过煤气预热加料系统加入的电解铜温度达到设定的100℃-150℃，既除去了原电解铜的表面的水分，同时经过加热的电解铜加入熔炼炉中可以加快熔化，提高熔炼炉的熔化率
2、系统的组成
阴极铜自动加料系统由铜垛运输机、真空卸料机，电解铜板输送机、上料台和受料口组成。煤气燃烧控制系统煤气控制阀、空气电动控制阀、煤气空气比例阀秆、循环风机、助燃风机、排烟风机和温度控制仪表组成。
四、电气控制系统的设计
1、工艺流程及对控制系统的要求：
无氧铜炉组预热加料系统根据其功能分为阴极铜板加料和预热两个部分。在加料部分铜垛的输送是手动实现的，真空卸料功能能够自动和手动执行，电解铜板输送机的速度调节是通过变频器进行调整加料速度和通过加热炉的速度。加热部分根据电解铜需要加热到的温度由温度控制仪表控制空气的控制阀开度来调节空气流量、达到煤气和空气的比例调节，以调节火焰的大小，控制燃烧室的温度。
2、控制系统的硬件组成：
本系统所处的工作环境较为恶劣，空气中含有较多的铜粉、碳灰以及氧化锌粉尘，对系统的I/O信号和控制电源的扰动较大，故对抗扰动、抗粉尘和抗震动的要求较高。根据系统所处环境和设备工艺技术特点，考虑自动化控制系统的安全性和先进性，本机电控系统采用西门子公司的SIMATIC S7-200为控制中心，并结合变频器和温度仪表进行控制的。本系统采用本系统采用的是SIMATIC S7-200小型可编程序控制器的CPU226结构配置，并且扩展了2块开关量输入、输出模块（EM223）。
五、控制系统的软件设计
1、阴极铜加料系统通过真空卸料机完成自动加料过程，当真空卸料机的移动小车带动的真空吸盘下降到阴极铜表面时，下限位动作，小车停止下降，真空阀动作，由真空泵对真空吸盘抽真空，3秒后真空吸盘带动阴极铜板上升和移动，到达移动小车的前位后，前位限位开关动作，真空吸盘带动阴极铜向下移动，到达下限位后下限位动作，真空阀动作，真空吸盘内进气将阴极铜板放下，随后返回原位，开始下一块阴极铜板的加料。
2、预热炉的点火系统正常运行对于整个系统安全的重要保障，主控器件煤气烧嘴、点火变压器和点火控制器，煤气管道上安装的切断阀、减压阀采用防爆系列阀门。系统设置了自动/手动切换的功能，在必要的情况下可以切换为手动，如果在第一次点火没着的情况下，不对炉膛内充分吹扫，接着点火会引严重的爆炸后果。在自动和手动点火时必需先启动循环风机、排烟风机和助燃风机，点火前先进行5分钟的吹扫后点火。在自动点火时第一次点火失败后接着进行5分钟的吹扫再进行第二次点火，若第二次点火失败自动点火过程结束，在对整个系统进行检查后，再将转换开关转到手动位置后进行手动点火。
3、预热炉的温度控制系统温度控制精度要求不高，为了保证预热炉内温度的可控性，本方案设置独立的，以温度控制为主炉温控制回路，保证温度变化时的合理空燃配比。
在预热炉的温度控制设为自动控制时，由设定温度与实温度值比较，得到△T，经PID及计算后给出控制信号使空气管道上的执行机构GT31开关，带动空气阀的开口大小，根据空气压力调节煤气阀的开口度保证煤气和空气混合比，使煤气稳定燃烧，经过反复调节，温度设定值与实测值逐步接近直至其误差为零时，煤气和空气的流量只能补偿炉体散热，系统调节进入稳态，保证炉温稳定在设定值附近。
六、结论
1、经过改造之后，设备性能稳定该炉组产能大幅增加，成品率也相应提高，无氧铜铸锭的氧含量合格率由现在的90%提高至改造之后的95%以上。
2、同时改造之后能够有效减少TU2、T2导等铸锭的内部气孔。
参考资料
[1]西门子S7-200可编程控制器系统手册
[2]英华达EN6000B1调节器用户操作手册
[3]《电气控制与PLC应用》 电子工业出版社， 2006年8月， 陈建明主编。
关键词：预热 加料 燃烧 PLC 控制 温度控制
一、引言
熔铸厂无氧铜炉组预热加料机控制系统全为继电器相互连锁，相互控制，目前已经使用十几年之久，继电器控制系统故障频发，线路庞大复杂，查找故障点非常困难，耗时耗力，最重要的是设备不稳定，大大影响了生产的顺利进行。为了解决这一问题，在现有的硬件设备上，以最快的建设周期、最少的投资对加料控制系统进行PLC控制化改造，从根本上解决故障频发问题，保证设备的稳定性，保证生产任务的顺利完成是我们这次改造的根本点。
二、方案确定
经论证，确定将现有继电器控制系统拆除，新增一套以西门子PLC为核心的控制系统，对现有的加料系统各控制点进行改造并使之与PLC控制系统相配套衔接。
其优点为：
1、PLC性能稳定，在抗干扰能力强，编程操作简单易懂，能让工作人员迅速掌握。
2、PLC大都采用模块式的结构，在对不同对象和控制要求进行改善组合时，灵活性较强，且易于维修。调试周期较短。
3、改造之后实现自动加料，大大降低了职工的劳动强度
4、加料时阴极铜缓慢入炉，减小对炉衬的冲击，可以提高炉衬寿命。
5、改造之后无氧铜炉控制系统稳定性大幅度提高，有利于充分发挥无氧铜炉组的设备产能。
三、系统概述
1、无氧铜炉组阴极铜预热加料系统的工艺流程
无氧铜炉组预热加料系统的整个工艺流程是将阴极电解铜板依次加热并将其加入熔炼炉中。其具体过程是：由吊车将堆放整齊的阴极电解铜铜垛吊放在铜垛运输机上，由铜垛运输机将电解铜铜垛运到真空卸料装置下，再由真空卸料机将电解铜铜垛上的电解铜板一块一块地送到煤气燃烧炉的输送链上，电解铜板在输送链上向前运送过程中由煤气燃烧炉喷射出的高温气流将电解铜加热到要求的温度，经过加热的电解铜输送到上料台，再由上料台将电解铜输送到熔炼炉的受料口，经受料口将电解铜加入熔炼炉熔化。经过煤气预热加料系统加入的电解铜温度达到设定的100℃-150℃，既除去了原电解铜的表面的水分，同时经过加热的电解铜加入熔炼炉中可以加快熔化，提高熔炼炉的熔化率
2、系统的组成
阴极铜自动加料系统由铜垛运输机、真空卸料机，电解铜板输送机、上料台和受料口组成。煤气燃烧控制系统煤气控制阀、空气电动控制阀、煤气空气比例阀秆、循环风机、助燃风机、排烟风机和温度控制仪表组成。
四、电气控制系统的设计
1、工艺流程及对控制系统的要求：
无氧铜炉组预热加料系统根据其功能分为阴极铜板加料和预热两个部分。在加料部分铜垛的输送是手动实现的，真空卸料功能能够自动和手动执行，电解铜板输送机的速度调节是通过变频器进行调整加料速度和通过加热炉的速度。加热部分根据电解铜需要加热到的温度由温度控制仪表控制空气的控制阀开度来调节空气流量、达到煤气和空气的比例调节，以调节火焰的大小，控制燃烧室的温度。
2、控制系统的硬件组成：
本系统所处的工作环境较为恶劣，空气中含有较多的铜粉、碳灰以及氧化锌粉尘，对系统的I/O信号和控制电源的扰动较大，故对抗扰动、抗粉尘和抗震动的要求较高。根据系统所处环境和设备工艺技术特点，考虑自动化控制系统的安全性和先进性，本机电控系统采用西门子公司的SIMATIC S7-200为控制中心，并结合变频器和温度仪表进行控制的。本系统采用本系统采用的是SIMATIC S7-200小型可编程序控制器的CPU226结构配置，并且扩展了2块开关量输入、输出模块（EM223）。
五、控制系统的软件设计
1、阴极铜加料系统通过真空卸料机完成自动加料过程，当真空卸料机的移动小车带动的真空吸盘下降到阴极铜表面时，下限位动作，小车停止下降，真空阀动作，由真空泵对真空吸盘抽真空，3秒后真空吸盘带动阴极铜板上升和移动，到达移动小车的前位后，前位限位开关动作，真空吸盘带动阴极铜向下移动，到达下限位后下限位动作，真空阀动作，真空吸盘内进气将阴极铜板放下，随后返回原位，开始下一块阴极铜板的加料。
2、预热炉的点火系统正常运行对于整个系统安全的重要保障，主控器件煤气烧嘴、点火变压器和点火控制器，煤气管道上安装的切断阀、减压阀采用防爆系列阀门。系统设置了自动/手动切换的功能，在必要的情况下可以切换为手动，如果在第一次点火没着的情况下，不对炉膛内充分吹扫，接着点火会引严重的爆炸后果。在自动和手动点火时必需先启动循环风机、排烟风机和助燃风机，点火前先进行5分钟的吹扫后点火。在自动点火时第一次点火失败后接着进行5分钟的吹扫再进行第二次点火，若第二次点火失败自动点火过程结束，在对整个系统进行检查后，再将转换开关转到手动位置后进行手动点火。
3、预热炉的温度控制系统温度控制精度要求不高，为了保证预热炉内温度的可控性，本方案设置独立的，以温度控制为主炉温控制回路，保证温度变化时的合理空燃配比。
在预热炉的温度控制设为自动控制时，由设定温度与实温度值比较，得到△T，经PID及计算后给出控制信号使空气管道上的执行机构GT31开关，带动空气阀的开口大小，根据空气压力调节煤气阀的开口度保证煤气和空气混合比，使煤气稳定燃烧，经过反复调节，温度设定值与实测值逐步接近直至其误差为零时，煤气和空气的流量只能补偿炉体散热，系统调节进入稳态，保证炉温稳定在设定值附近。
六、结论
1、经过改造之后，设备性能稳定该炉组产能大幅增加，成品率也相应提高，无氧铜铸锭的氧含量合格率由现在的90%提高至改造之后的95%以上。
2、同时改造之后能够有效减少TU2、T2导等铸锭的内部气孔。
参考资料
[1]西门子S7-200可编程控制器系统手册
[2]英华达EN6000B1调节器用户操作手册
[3]《电气控制与PLC应用》 电子工业出版社， 2006年8月， 陈建明主编。