電回轉爐的自動控制系統設計

王暉

（廣東省機械高級技工學校，廣州 510450）

1 引言

SRK-0940 電回轉爐最主要的功能是對來料進行加熱，爐膛加熱區正常溫度為850℃，最高溫度為900℃，溫度控制誤差為±2℃；爐管轉速在0.5～8r/min 之間可連續調節。在充分考慮電回轉爐結構、加熱方式、檢測裝置和通訊設備的基礎上，選用三菱FX2N-48MR 系列PLC 進行控制程序的編寫，實現了爐溫的設定和控制，以及爐管轉速的控制。

2 控制系統總體設計

2.1 電回轉爐工作過程

圖1 電回轉爐外觀結構圖

電回轉爐外觀結構圖如圖1，物料由螺旋給料機送入電回轉爐的爐管，回轉管的旋轉帶動物料在管內翻滾，從回轉管的高端流向低端，依次通過按工藝所需溫度調節好的各個溫區，完成工藝要求的化學反應后，經出料罩流出回轉管。

2.2 控制系統總體設計

圖2 電回轉爐控制系統原理圖

電回轉爐的控制點有：爐膛溫度、爐管轉速、進料速度、氨氣進入量等，但爐膛溫度控制和爐管轉速控制相對比較重要。選用日本三菱公司的FX2N-48MR 系列PLC 來自動控制電回轉爐的工作過程，設定電回轉爐的爐膛溫度和爐管轉速在一個特定的范圍之內，并自動調節，以滿足溫度和轉速控制的要求，該電回轉爐控制系統如圖2 所示。

3 基于PLC 控制系統的外圍硬件設計

3.1 主要外圍硬件設計

經分析電回轉爐控制系統的工藝過程和硬件配置可知，現場有輸入和輸出信號分別為13個，其中主要包括系統總開關、溫度設定點、爐管速度設定點，以及溫區溫度控制等輸入輸出點。由熱電偶采集爐溫，其輸出形式是模擬量，而PLC 處理的是數字量，因此需要一個特殊功能模塊將采集到的模擬信號轉換成與溫度成比例的數字量，本系統在三菱FX2N-48MR 系列PLC 上加裝FX-4AD 模數轉換模塊和FX-2DA 數模轉換模塊。

變頻器選用型號為FR-A540的變頻器，功率為0.4-160kW；熱電偶選型采用優質WR1P 鉑銠熱電偶來傳感爐膛加熱溫區的溫度；根據使用要求，選用西門子的觸摸屏K-TP178micro 來進行數據設定、顯示和監控。

3.2 外圍硬件接線設計

在對電回轉爐的控制硬件進行設計和分析之后，繪制出電回轉爐溫度控制系統硬件接線圖如圖3所示。

4 基于PLC 控制系統的軟件設計

4.1 爐膛溫度控制

圖3 電回轉爐溫度控制系統硬件接線圖

本爐溫度控制系統的控制任務是：根據溫度給定值和測量值的比較結果，決定電回轉爐的通電和斷電，實現溫度控制在某一范圍內。電回轉爐溫控系統的工作過程：（1）給定值（0～850℃）通過鍵盤輸入PLC 主機，PLC 主機把給定值傳遞給數字量輸出模塊，控制固態繼電器的開關狀態，從而控制電回轉爐的加熱情況；（2）給定值通過鍵盤輸入PLC 主機，再由主機傳遞給比較環節，PLC 把溫度檢測裝置反饋的爐溫實際值與給定值進行比較，比較的偏差送入PID 調節器進行PID 運算，PID 輸出結果通過執行機構控制電回轉爐溫度。由PLC 控制的電回轉爐溫度控制系統構成如圖4 所示。

圖4 電回轉爐溫度控制系統圖

圖5 電回轉爐溫度自動控制系統程序流程圖

系統的控制梯形圖可以用PLC的功能指令來編程，電回轉爐溫度自動控制系統程序流程圖如圖5所示。

通過對電回轉爐溫度控制要求的分析，結合實際進行了程序編寫，則溫度控制梯形圖如圖6 所示。

圖6 電回轉爐溫度控制梯形圖

4.2 爐管轉速控制

4.2.1 PLC 與變頻器的設置

PLC 和變頻器之間進行通訊，通訊規格必須在變頻器的初始化中設定，如果沒有進行初始設定或有一個錯誤的設定，數據將不能進行傳輸。每次參數初始化設定完以后，需要復位變頻器。如果改變與通訊相關的參數后，變頻器沒有復位，通訊將不能進行。三菱FX 系列PLC在進行通訊時也需對通訊格式（D8120）進行設定。

（1）三菱PLC的設置

D8102 設置如表1。

表1 D8102 設置及說明

即數據長度為8 位，偶校驗，2 位停止位，比特率為9600bps，無標題符和終結符，沒有添加和校驗碼，采用無協議通訊（RS485）。

（2）三菱變頻器的設置

變頻器具體參數設置請見表2。

表2 三菱變頻器的設置

4.2.2 爐管轉速控制編程

通過改變變頻器運行頻率來改變爐管的轉速，根據爐管轉速的要求，結合實際進行程序的編寫，爐管轉速控制梯形圖略。

5 結語

本文以SRK-0940 電回轉爐的溫度和轉速控制作為主要研究對象，論述了系統的控制要求、工作原理、硬件配置和軟件設計，給出了系統的硬件接線圖和控制梯形圖。選用的三菱FX2N 系列PLC 來實現爐膛溫度和爐管轉速的控制要求。通過改造，電回轉爐控制系統運行更穩定、更安全。此次設計，對于電回轉爐的控制點內容未能詳盡，所設計的系統還存在一些不完善之處，有待于今后進一步探討、研究和加以解決。

［1］陳嘉艷.電爐溫度控制系統的研制［J］.實驗室研究與探索，2002（5）：78-80.

［2］吳波，張靜.PLC在熱處理電阻爐溫度控制系統設計中的應用［J］.熱處理技術與裝備，2006（6）：27.

［3］甘紅勝，鄧謹.基于PLC 控制的溫度控制器測試系統的設計［J］.機電一體化，2010（4）：83-85.

［4］韓兆祥，李學英，萬鑫，等.利用PLC 和觸摸屏實現多階段PID溫度控制［J］.實驗技術與管理，2008，25（6）：56-59.