可編程序控制器在銅冶煉生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代末，為了改變由成千上萬個繼電器經(jīng)硬線連接構(gòu)成的傳統(tǒng)裝置，美國數(shù)字設(shè)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(jīng)過20多年的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已形成了完整的工業(yè)控制產(chǎn)品系列，其功能從最初僅有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及邏輯運(yùn)算等簡單功能發(fā)展到目前的具有接近計(jì)算機(jī)的強(qiáng)有力的軟硬件數(shù)據(jù)處理功能和聯(lián)網(wǎng)通信功能，在I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量、系列化、通信化、通用化方面都有了明顯的進(jìn)步，特別引人注目的是新推出的PLC產(chǎn)品都大大增強(qiáng)了通信功能，采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使多臺PLC并網(wǎng)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(diǎn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、文件傳送、診斷、邏輯判斷、中斷控制、通信、人機(jī)對話等功能，在使用方便性和系統(tǒng)可靠性方面則具有繼電器電路無與倫比的優(yōu)越性。目前，PLC產(chǎn)品已成為控制領(lǐng)域中最常見、最重要的裝置之一。它代表了當(dāng)前電子程控技術(shù)的發(fā)展潮流，其應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，發(fā)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(jù)調(diào)查結(jié)果表明，約80%的工業(yè)單位可采用PLC作為控制裝置，可見其在工業(yè)各個領(lǐng)域中的應(yīng)用前景之廣泛。

金隆銅業(yè)有限公司是率先在國內(nèi)銅冶煉企業(yè)采用可編程序控制器用于主體生產(chǎn)工藝過程控制的企業(yè)，其成果和經(jīng)驗(yàn)隨后也得到了國內(nèi)其他冶銅企業(yè)的肯定和效仿，該項(xiàng)目也因此獲得了當(dāng)時(shí)的國家有色工業(yè)局授予的科技進(jìn)步一等獎。金隆銅業(yè)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(chǎn)的PLC-5系列大型可編程序控制器。全套系統(tǒng)的成套和軟件的編制調(diào)試則由上海自動化儀表研究所、南昌有色金屬設(shè)計(jì)研究院、銅陵有色設(shè)計(jì)院和金隆銅業(yè)有限公司自動化室共同承擔(dān)，這幾家單位都有著雄厚的技術(shù)力量和多年從事自動化項(xiàng)目設(shè)計(jì)、成套的經(jīng)驗(yàn)，因而系統(tǒng)自投用以來在生產(chǎn)和管理中都收到了顯著的成效。

系統(tǒng)概述

1.系統(tǒng)配置

金隆的可編程序控制器系統(tǒng)主要包括：三臺轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)爐公用設(shè)備及鑄渣機(jī)PLC控制系統(tǒng)；兩臺陽極精煉爐PLC控制系統(tǒng)以及電解車間及電解液凈化部分的PLC控制系統(tǒng)。

以上三個系統(tǒng)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(jī)。

2. PLC-5/40介紹

PLC-5/40是Rockwell公司PLC家族中應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)、性能價(jià)格比最理想的機(jī)種之一。它具有速度快、內(nèi)存大、指令系統(tǒng)豐富等特點(diǎn)，并可配置成主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)冗余的控制系統(tǒng)。

3. 軟件介紹

軟件包括通信軟件WinLinx、監(jiān)控軟件WinView和編程WinLogic5。

● WinLinx是以Windows為基礎(chǔ)的、用于與PLC進(jìn)行通信的軟件。WinLinx既是一個驅(qū)動程序又是一個DDE服務(wù)程序。驅(qū)動程序是與PLC之間的通信接口，而DDE服務(wù)則提供了與Windows其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換手段。
● WinView是一個用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和信息管理的工業(yè)監(jiān)控軟件包，是個人微機(jī)上的實(shí)時(shí)、多任務(wù)、多窗口的、功能強(qiáng)大的、模塊化的、彩色圖形組態(tài)軟件。它可以根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化而形成動態(tài)畫面。
● WinLogic5是用于對可編程序控制器進(jìn)行編程和文本處理、功能強(qiáng)大的軟件包。它提供了對ROCKWELL公司的PLC-5可編程序控制器進(jìn)行在線和離線編程、I/O組態(tài)、報(bào)告、診斷、注射和監(jiān)控、強(qiáng)制等功能。它具有非常友善的人機(jī)界面，全部功能均可以用鼠標(biāo)進(jìn)行簡單的操作。

具體應(yīng)用

1.在陽極精煉爐的應(yīng)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(guān)系到陽極銅的質(zhì)量乃至影響到電解銅的質(zhì)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(zhuǎn)系統(tǒng)、附屬設(shè)備和所有的調(diào)節(jié)回路。另外，還擔(dān)負(fù)著接受行車無線傳輸稱重?cái)?shù)據(jù)的任務(wù)。

此外，兩臺行車上的行車秤的稱重實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也是由陽極精煉爐PLC進(jìn)行接受并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理和顯示的。大部分實(shí)時(shí)信號的累計(jì)值、歷史趨勢和報(bào)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(jié)省了空間，也使得故障率大為減少，提高了系統(tǒng)的可靠性，并且回路修改極為方便，減少了二次投資。

2.在轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用

轉(zhuǎn)爐工段包括三臺轉(zhuǎn)爐本體、三套殘極加料系統(tǒng)、一套溶劑運(yùn)輸系統(tǒng)、環(huán)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(tǒng)進(jìn)行控制，每臺轉(zhuǎn)爐本體和對應(yīng)的殘極加料系統(tǒng)由一套PLC進(jìn)行控制，溶劑運(yùn)輸、環(huán)境集煙以及電收塵由一套PLC進(jìn)行控制。

投產(chǎn)以后，根據(jù)生產(chǎn)情況和工藝要求，我們對轉(zhuǎn)爐的事故傾轉(zhuǎn)回路進(jìn)行了改造，將事故傾轉(zhuǎn)由直流傾轉(zhuǎn)改為交流傾轉(zhuǎn)，僅當(dāng)交流失壓時(shí)才由直流傾轉(zhuǎn)，增加了系統(tǒng)的可靠性。還增設(shè)了富氧調(diào)節(jié)回路和純水槽自動補(bǔ)水調(diào)節(jié)回路。此外，由有色機(jī)械總廠生產(chǎn)的鑄渣機(jī)也是用PLC進(jìn)行控制的。由于采用了PLC進(jìn)行控制，使轉(zhuǎn)爐的勞動強(qiáng)度大為減輕，監(jiān)控更為方便，維護(hù)更為簡單。

3.在電解、凈液的應(yīng)用

電解、凈液共用了三臺PLC，一臺用于對電解工段的電器設(shè)備以及過程工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制，一臺用于對凈液工段的電器設(shè)備以及過程工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制，一臺用作與上位一臺以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信接口。

PLC主要對一些給液泵、循環(huán)泵、泥漿泵等一些泵的啟、停進(jìn)行聯(lián)鎖控制和監(jiān)視，對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，對短路器進(jìn)行監(jiān)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(jiān)控站的屏幕上顯示，統(tǒng)計(jì)報(bào)表、歷史趨勢曲線都可以很方便地打印出來。參數(shù)的修改和設(shè)備的操作都可以用鼠標(biāo)在屏幕上完成。

網(wǎng)絡(luò)化方案及其實(shí)現(xiàn)

PLC-5處理器不僅具有非常強(qiáng)的控制功能，還具有非常強(qiáng)的通信能力。因此，它不但適用于各種控制應(yīng)用環(huán)境中，特別適用于計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS）的生產(chǎn)方式，與計(jì)算機(jī)等來形成一個高度全面化的分布式多級控制系統(tǒng)。生產(chǎn)的過程十分復(fù)雜，因此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全面高度自動化比較困難，同時(shí)，由于市場需求和技術(shù)發(fā)展的更新速度日益加快，以往傳統(tǒng)的、相對穩(wěn)定的生產(chǎn)過程也變得越來越不適應(yīng)要求，這就對自動化生產(chǎn)的方式提出了一個動態(tài)的開放要求。因此，管理和控制一體化成為現(xiàn)代化企業(yè)越來越迫切的需要，而在此過程中，網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)又成為一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

金隆公司的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成如下圖所示。

1. PLC與管理網(wǎng)的聯(lián)接

由網(wǎng)絡(luò)圖可以看出，全廠的PLC共構(gòu)成兩條數(shù)據(jù)高速通道（DH+）鏈，一條是電解、凈液的PLC通過ROCKWELL公司的以太網(wǎng)接口模塊5/20E與以太網(wǎng)相連，一條是陽極精煉爐、轉(zhuǎn)爐的PLC通過DCS與上位以太網(wǎng)相連。采用這種聯(lián)結(jié)方案主要是受各PLC物理位置的限制。PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳到以太網(wǎng)后，由美國DEC公司的阿爾法小型計(jì)算機(jī)接受并轉(zhuǎn)換成個人電腦可以識別的數(shù)據(jù)信號后，再發(fā)往各管理終端。這樣，各管理終端通過相應(yīng)的軟件就可以隨時(shí)調(diào)出工藝流程畫面和實(shí)時(shí)工藝參數(shù)，管理者就可以隨時(shí)了解到現(xiàn)場工藝情況和各類數(shù)據(jù)報(bào)表，從而為管理帶來極大的便利。

2. DH+網(wǎng)

DH+是一個公共總線形成的對等的工業(yè)局域網(wǎng)，其網(wǎng)上的每個節(jié)點(diǎn)無主次之分，網(wǎng)絡(luò)的存取方式為令牌傳遞方式，傳輸介質(zhì)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(jié)/0.14ms）,最大節(jié)點(diǎn)數(shù)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(zhì)。令牌傳遞方式可以消除那些試圖獲得網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)的PLC站點(diǎn)之間的競爭，哪個站點(diǎn)得到令牌，它就成為主站，從而有權(quán)向其他站點(diǎn)發(fā)送信息，用完相應(yīng)的時(shí)間片后，即將令牌傳遞到下一個站點(diǎn)，這樣可以避免因某個站點(diǎn)故障而影響到整個網(wǎng)絡(luò)。每個PLC-5/40處理器有四個通信口，可用軟件設(shè)置成遠(yuǎn)程I/O通信鏈與輸入輸出機(jī)架相連或設(shè)置成DH+網(wǎng)絡(luò)通信口。在轉(zhuǎn)爐調(diào)試時(shí)，由于各站點(diǎn)之間需要傳遞的數(shù)據(jù)量太大，引起監(jiān)控站屏幕頻繁出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)超時(shí)報(bào)警信息，我們就用處理器空閑的通信口，專門設(shè)置了一條DH+通信鏈，專門用于處理器之間的數(shù)據(jù)傳遞，解決了網(wǎng)絡(luò)擁擠的問題。

由于DH+網(wǎng)絡(luò)優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)性能，使得數(shù)據(jù)在站點(diǎn)之間傳遞變得極為便利，行車稱重?cái)?shù)據(jù)本來發(fā)往陽極精煉爐，可是因?yàn)橛辛薉H+網(wǎng)絡(luò)，在轉(zhuǎn)爐也可以看到這些數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)爐的作業(yè)方式是交替作業(yè)，加上很多設(shè)備是三臺轉(zhuǎn)爐共用，因而需要相互傳遞的信息量非常大，因?yàn)橛辛薉H+網(wǎng)絡(luò)，一切問題迎刃而解。

調(diào)試中遇到的難點(diǎn)及解決辦法

投產(chǎn)前，網(wǎng)絡(luò)安裝測試好之后，開始進(jìn)行系統(tǒng)的總調(diào)試，發(fā)現(xiàn)由于三臺轉(zhuǎn)爐的很多輔助設(shè)備是共用的，因而各PLC之間需通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量特別大，引起網(wǎng)絡(luò)繁忙，網(wǎng)絡(luò)超時(shí)報(bào)警頻頻出現(xiàn)，影響調(diào)試和正常操作。起初試圖通過增大監(jiān)控站的內(nèi)存、擴(kuò)大緩沖區(qū)、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(shè)一條網(wǎng)絡(luò)專供轉(zhuǎn)爐的四個PLC之間傳遞數(shù)據(jù)用，結(jié)果十分令人滿意，很好地解決了這個問題。

投產(chǎn)后的增設(shè)及改進(jìn)項(xiàng)目

由于工藝狀況和設(shè)備狀況的要求，投產(chǎn)后在轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了一系列的改造和增設(shè)項(xiàng)目，主要包括以下幾個方面。

1.轉(zhuǎn)爐事故傾轉(zhuǎn)的改造

在原設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)爐的事故傾轉(zhuǎn)是蓄電池帶動直流電機(jī)驅(qū)動的，由于蓄電池只能供電10min，而充電時(shí)間需10多個小時(shí)，且有傾轉(zhuǎn)速度慢、性能欠可靠等缺點(diǎn)，容易引起堵風(fēng)眼事故。針對這種情況，我們在軟件上進(jìn)行了修改，使得只有交流失壓時(shí)，才由直流電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)爐移動， 在其他條件下，均由交流電機(jī)帶動爐子做事故傾轉(zhuǎn)，大大減少了事故的發(fā)生，具有很好的效果。

2、增設(shè)富氧改造調(diào)節(jié)回路

投產(chǎn)一段時(shí)間后，為了增加固破和冷銅的處理量，根據(jù)工藝要求，我們在轉(zhuǎn)爐增加了富氧錘煉自動調(diào)節(jié)回路?；芈吠队煤?，操作人員只要在操作畫面上設(shè)定所需的用氧濃度，調(diào)節(jié)回爐即可根據(jù)送風(fēng)流量和設(shè)定氧濃自動調(diào)節(jié)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(bǔ)水回路

純水槽的水是用于轉(zhuǎn)爐冷卻水套的，一旦斷水，就會對設(shè)備造成損壞。未改造之前轉(zhuǎn)爐純水槽補(bǔ)水需用電話與純水站聯(lián)系，這就要求操作人員經(jīng)常監(jiān)視純水槽的水位，很不方便，改造之后，低水位自動補(bǔ)水，高水位自動停水，且有高、低水位報(bào)警，既方便又安全，得到操作人員的好評。

4.增加報(bào)警點(diǎn)和歷史趨勢記錄

轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后，我們在轉(zhuǎn)爐增加了PLC系統(tǒng)不間斷電源（UPS）掉電報(bào)警、煙罩?jǐn)嗔鲌?bào)警、純水槽水位報(bào)警等，提高了生產(chǎn)的安全性。增加了排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出給定值的歷史趨勢記錄，給設(shè)備監(jiān)護(hù)和故障判斷分析提供了依據(jù)。

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(qiáng)大的通信功能在金隆公司的生產(chǎn)和管理中發(fā)揮了很大的作用，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。隨著其性能價(jià)格比的提高，相信會在工業(yè)企業(yè)中得到更加廣泛的應(yīng)用。