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1T真空自耗电弧炉控制系统的研制

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摘要：本文的设计思想是利用上位机、PLC及各种传感器实现真空自耗电弧炉电控系统。在文中介绍了如何利用的工业组态软件intouch+PLC+各种传感器实现电弧炉的基本控制，同时阐述了intouch、西门子PLC及传感器的特点和应用范围。

关键词：上位机，intouch，PLC，西门子，电弧炉

一、引言

目前我国的钛冶炼中，自动化程度已定越来越高，尤其是钛铸锭的冶炼，以宝鸡钛业公司的10吨真空自耗电弧炉为先例的大型冶炼设备采用高可靠、高精度的德国西门子公司生产的可编程控制器（PLC）S7-300来设计电弧炉控制系统，彻底替换了以前继电器控制模式，继电器控制电路多而复杂，维护及修改困难，工作量大，不能满足真空自耗电弧炉系统要求。

二、系统方案的确定

真空自耗电弧炉是在真空下利用电弧放电产生的高温将钛自耗电极熔化到水冷紫铜坩埚内可得到高质量的钛铸锭。该控制系统具有以下主要功能：

1、电弧电流和电弧电压控制方式，即通过调节熔化电流和电弧电压的大小，实现自动熔化过程。

2、电极杆升降具有手动和自动两种控制方式。

3、真空系统具有手动和自动控制系统。

4、实时数据采集、趋势显示及完善的打印系统

5、声光报警。

根据上述指导思想及设备小的特点，提出采用西门子可编程序控制器PLC+研华工业控制计算机（上位机）相结合的控制方案。其中PLC主要完成检测、控制、模拟量及电极行程的采集，而上位机主要是利用组态软件intouch完成监测管理、数据采集和人机界面等任务。经过反复论证和选择比较，认为采用这个方案不但能在投资较少的情况下实现电弧炉的基本控制要求，而且，能体现信息管理集中优化和控制系统实用可靠的优点。所以这种方案更适合于中小型电弧炉的控制。

三、系统框图和配置

经过消化吸收电气控制系统的原始电路图并考虑到PLC的工作特点，归纳整理出控制系统的主要模块为为：

模拟量输入模块：6ES7331-1KF02-0AB0

模拟量输出模块：6ES7332-5HD01-0AB0

开关量输入模块：6ES7321-1BL00-0AA0

开关量输出模块：6ES7322-1BL00-0AA0

通讯模块：6GK7343-1CX10-0XE0

CPU模块：6GK7315-2AH14-0AB0

通讯信号：PLC运行过程中需要将检测到的电弧炉的运行状态和统计数据传送给上位机，同时也需要接收从上位机设置的有关运行参数，在控制系统中采用以太网和PROFIBUS-DP通讯的方式实现这些数据的交换。

系统硬件构成框图如图1所示：

根据上述信号分配情况，控制系统决定选用德国西门子公司的s7-300系列的可编程序控制器，工控机选择研华的610L整机，伺服采用德国路斯特伺服电机及控制器。

四、主要控制模块的设计

根据硬件的配置和系统框图，我们进行软件及控制系统的设计。

1.上位机及系统软件

上位机主机采用研华的610L工业PC机。上位机系统软件主要是利用intouch及step7v5.4为系统软件编程。西门子控制器的功能是通过网络协议实现上位机与下位机间的数据传输，以及将下位机数据实时采集的数据进行各种处理，包括存入数据库、进行流程图显示、历史趋势图和数据表的显示及各种要求的报表打印输出。为完成以上功能，intouch系统软件的流程图可以详细说明问题。其软件流程如图2所示：

2.PLC控制模块

PLC具有稳定性、可靠性高、抗干扰性能强等特点。PLC控制模块选用德国西门子公司的s7-300可编程序控制器。该控制器主要承担所有的电磁阀动作及各种设备运行状态和故障的检测与显示。intouch与PLC的通讯采用以太网方式。intouch与PLC通讯正常后，我们可以在监控画面设置控制按钮下传给PLC，通过PLC控制执行机构动作，最终实验电弧炉的自动控制模式。

五、结论

采用intouch+PLC控制的1T真空自耗电弧炉系统，硬件简单，技术经济指标好，可靠性高，程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求，使系统的“柔性”大大提高。这种控制模式非常适用中小型电弧炉控制系统。

参考文献

[1]微型计算机控制技术.于海生等编著.清华大学出版社.

[2]过程控制工程.蒋慰孙等编著.中国石化出版社.

[3]西门子PLC高级应用实例解析.向晓汉等编著.机械工业出版社.

[4]过程可视化组态软件intouch应用技术.马正午等编著.机械工业出版社.

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-全文完-