淺析OUTOTEC陽極自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

明江勇

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠， 湖北 黃石 435005)

淺析OUTOTEC陽極自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

明江勇

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠， 湖北 黃石 435005)

TM18陽極自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)采用定量澆鑄電子秤和圓盤雙伺服電機(jī)的技術(shù)應(yīng)用，淺析銅冶金升級設(shè)備控制技術(shù)的消化吸收，并結(jié)合運(yùn)行維護(hù)實(shí)踐，確保系統(tǒng)精確控制。

TM18； 雙圓盤澆鑄機(jī)； 定量澆鑄電子秤； 圓盤雙伺服電機(jī)； 應(yīng)用

0 概述

隨著永久陰極法銅電解清潔生產(chǎn)電流密度和產(chǎn)能的提高，陽極板質(zhì)量影響到電解車間電流效率和殘極率指標(biāo)，直接關(guān)系到陰極銅的產(chǎn)品單耗，所以陽極板澆鑄工藝在銅冶煉過程中顯得極其重要。目前，國產(chǎn)的圓盤澆鑄機(jī)產(chǎn)出的陽極板重量、厚度、物理外觀等不穩(wěn)定，陽極質(zhì)量很大程度上取決于操作經(jīng)驗(yàn)和諸多的人為因素，制約了陽極質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，對銅電解作業(yè)也帶來了不利影響，因此實(shí)現(xiàn)陽極板的自動(dòng)定量澆鑄對長期穩(wěn)定陽極板的質(zhì)量，提高電解生產(chǎn)過程控制的自動(dòng)化水平和降低能源消耗具有非常重要的意義，國外一些先進(jìn)的銅冶煉企業(yè)已持續(xù)升級和完善澆鑄過程中的自動(dòng)化控制，尤其是芬蘭的OUTOTEC經(jīng)過數(shù)十年的運(yùn)行實(shí)踐，形成具有自主產(chǎn)權(quán)的陽極自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)。

1 自動(dòng)定量雙圓盤陽極澆鑄設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用

2002年大冶有色引進(jìn)第一臺OUTOKUMPU TM16雙圓盤澆鑄機(jī)為火法冶煉主流程生產(chǎn)提供了設(shè)備保障。2012年6月大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠300 kt銅冶煉節(jié)能減排改造工程配套的陽極爐改造項(xiàng)目引進(jìn)的第二臺OUTOTEC TM18陽極自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)建成投產(chǎn)，擔(dān)負(fù)著2臺480 t陽極爐的澆鑄作業(yè)，陽極板產(chǎn)能為重量≥370 kg時(shí)實(shí)際能力110 t/h，陽極重量精度為98%澆鑄的陽極板重量在±3 kg的誤差范圍內(nèi)。系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配置1臺雙陽極定量稱重澆鑄機(jī)，用于2個(gè)18模澆鑄圓盤，每個(gè)澆鑄圓盤帶有獨(dú)立的冷卻噴淋系統(tǒng)、廢陽極板提取機(jī)和陽極板提取及輸送系統(tǒng)、涂模系統(tǒng)、以及系統(tǒng)控制的液壓、氣動(dòng)和電子系統(tǒng)。

1.1 滑動(dòng)定位定量澆鑄電子秤

OUTOTEC TM18定量澆鑄中間包和澆鑄包的傾轉(zhuǎn)動(dòng)作是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。中間包傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的支架上安裝有荷載5 t的稱重傳感器，其傾轉(zhuǎn)速度取決于中間包中的銅水量。當(dāng)中間包中的銅水增加時(shí)，中間包倒銅時(shí)的傾轉(zhuǎn)速度自動(dòng)控制變低，傾轉(zhuǎn)角度就小于前面一次的傾轉(zhuǎn)角度。

定量澆鑄包的水平傾轉(zhuǎn)裝置安裝在稱重裝置上。稱重裝置由荷載3 t的稱重傳感器帶5個(gè)支承錕的框架結(jié)構(gòu)、伺服電機(jī)、減速機(jī)、定速皮帶、皮帶輪和帶導(dǎo)軌的托架組成。電子秤框架、澆鑄包及澆鑄料和銅水總重約為1790 kg時(shí)(見圖1)，必須保證電子秤用1000 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)后稱重壓力傳感器秤橋和框架過載螺栓之間的間隙約為1.3～1.5 mm。為了獲得最佳澆鑄曲線和精確的陽極重量，澆鑄包的傾斜速度由電子控制伺服電機(jī)，通過預(yù)設(shè)的澆鑄曲線澆出銅水的重量和來自伺服電機(jī)編碼器的反饋信息調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)空鑄模轉(zhuǎn)到澆鑄包下面時(shí)，澆鑄包通過伺服馬達(dá)的減速機(jī)和定時(shí)皮帶向后水平移動(dòng)，由于導(dǎo)軌機(jī)械裝置的曲線形狀，澆鑄包水平移動(dòng)時(shí)開始向鑄模傾斜，澆鑄點(diǎn)在鑄模表面移動(dòng)，熱載荷分布在鑄模上較大的面積上，同時(shí)水平移動(dòng)不會(huì)引起稱重裝置的垂直震動(dòng)，因此跟傳統(tǒng)的TM16油缸垂直傾動(dòng)系統(tǒng)相比，重量讀取速度得以加快，縮短澆鑄時(shí)間，澆鑄的陽極板98%的重量控制在±3 kg的誤差范圍內(nèi)。在陽極澆鑄過程完成后，可以從定量澆鑄的觸模屏上看到物流量和陽極質(zhì)量數(shù)據(jù)。

圖1 OUTOTEC TM18定量澆鑄電子秤荷重原理圖

1.2 澆鑄圓盤的雙伺服主從電機(jī)控制

OUTOTEC TM18圓盤SIEMENS雙伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理和TM16 CT系統(tǒng)的主/從電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理相同。主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制圓盤速度和定位而從電機(jī)驅(qū)動(dòng)在運(yùn)行過程中保持無間隙反扭矩運(yùn)行，當(dāng)圓盤在初始位定位使能時(shí)，從機(jī)的扭矩輕微推向主機(jī)的反方向，消除減速機(jī)、小齒輪和矢圈的背隙。當(dāng)圓盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主從電機(jī)的加速度同步，推動(dòng)圓盤平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此齒輪驅(qū)動(dòng)的背隙對圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的影響被消除，達(dá)到最大速度后，圓盤將平穩(wěn)地減速停止到正確的位置，有效消除陽極板的飛邊毛刺。SIEMENS伺服傳動(dòng)技術(shù)和伺服電機(jī)能提供的從零速到最高速并返回的全轉(zhuǎn)矩，在圓盤驅(qū)動(dòng)中，其速度和位置進(jìn)行連續(xù)測定，實(shí)際速度與預(yù)設(shè)在伺服模塊內(nèi)存中的速度曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，如果實(shí)際速度和需要的速度不同，速度將相應(yīng)改變以消除差異，即使在條件變化時(shí)，也能夠維持圓盤需要的速度和平穩(wěn)的加(減)速度，也可根據(jù)產(chǎn)能預(yù)設(shè)速度曲線，以獲得圓盤最佳的運(yùn)行時(shí)間，模位運(yùn)行時(shí)間從TM16的15S提升到TM18的13.5S。圓盤驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)的初始位是基于伺服電機(jī)編碼器反饋的速度和位置進(jìn)行運(yùn)算得出，因此圓盤定位在操作中或維護(hù)后將不會(huì)改變，有效解決了TM16使用限位開關(guān)的定位系統(tǒng)易丟失初始位問題。

1.3 陽極提取和輸送的單伺服電機(jī)控制

OUTOTEC TM18陽極提取機(jī)的移動(dòng)和輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是由定位系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動(dòng)控制的。控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)陽極提取機(jī)的移動(dòng)，可以獲得平穩(wěn)的啟動(dòng)和停止，合適的速度及對應(yīng)于一定的澆鑄能力，控制系統(tǒng)通過伺服電機(jī)上的軸編碼器跟蹤提取機(jī)的傾轉(zhuǎn)位置，夾具抓住陽極板的兩側(cè)并保持位置，其程序控制停止和移動(dòng)的位置限制點(diǎn)，并可在上位機(jī)上調(diào)整，完全不需要限制點(diǎn)的機(jī)械調(diào)節(jié)，其控制優(yōu)點(diǎn)在TM16陽極提取機(jī)上是無法比擬的。

1.4 自動(dòng)定量給料的涂模裝置

涂模裝置料倉放在重量傳感器上面，連接到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括自動(dòng)定量給料控制程序；螺旋傳送機(jī)將預(yù)設(shè)定好量的BaSO4自動(dòng)加到涂模攪拌桶中；儲(chǔ)倉配有涂模單元攪拌桶水流量計(jì)、流量控制閥和液位測量裝置。操作員可通過人機(jī)交互界面HMI屏幕有選擇地將涂模材料分批加到攪拌桶中，控制系統(tǒng)會(huì)正確處理BaSO4和水的定量給料。HMI監(jiān)視器(帶有液位測量裝置)顯示出攪拌桶的液位。

涂模系統(tǒng)與圓盤澆鑄機(jī)的運(yùn)行是聯(lián)鎖的。熱鑄模到達(dá)涂模區(qū)且圓盤已經(jīng)停止時(shí)，涂模操作開始，伺服電機(jī)就開始移動(dòng)噴嘴，在兩個(gè)噴嘴移動(dòng)到陽極區(qū)域上方時(shí)，控制閥門打開，涂模料被噴淋到鑄模上，移動(dòng)噴嘴向板體部分噴涂時(shí)，固定噴嘴向耳部噴涂，在噴嘴移回時(shí)也可以選擇在頂針和澆鑄位置雙面噴涂。

1.5 電子控制系統(tǒng)

系統(tǒng)包括定量澆鑄計(jì)算機(jī)的陽極稱重和澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)；為使雙圓盤澆鑄供電系統(tǒng)擁有最佳的可靠性，MCC電機(jī)控制中心的供電電源為雙回路設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)定量澆鑄時(shí)也可控制單圓盤運(yùn)行。系統(tǒng)硬件的選擇和配置基于SIEMENS公司傳動(dòng)技術(shù)，采用的PROFIBUS技術(shù)減少了現(xiàn)場控制電纜的數(shù)量，降低了系統(tǒng)故障率，有效保證了信息傳輸?shù)募皶r(shí)性和安全性。澆鑄機(jī)由S7- 300 PLC的主站通過PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制從站I/O單元，MCC電機(jī)智能保護(hù)器SIMOCODE單元，圓盤雙伺服電機(jī)傳動(dòng)模塊和直流模塊(用于停電時(shí)中間包伺服電機(jī)的事故復(fù)位電源)等伺服單元組成的HMI系統(tǒng)(見圖2)。HMI系統(tǒng)有以太網(wǎng)接口，可通過OPC協(xié)議接口鏈接上層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理陽極澆鑄系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

圖2 OUTOTEC TM18自動(dòng)定量雙圓盤澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 控制系統(tǒng)的運(yùn)行問題及措施制定

3.1 定量澆鑄電子秤

2013年9月26日，1#自動(dòng)定量澆鑄包和中間包伺服電機(jī)過熱報(bào)故障，原因是由于中間包操作漏銅，導(dǎo)致定量稱重澆鑄機(jī)的伺服電機(jī)受過熱損壞。為防止類似設(shè)備故障，將澆鑄機(jī)構(gòu)進(jìn)行密封和隔熱處理。

2014年7月30日，1#自動(dòng)定量澆鑄機(jī)電子秤重量偏差超過5 kg，對電子秤架進(jìn)行清灰，用750 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼荷重校驗(yàn)，秤體過載保護(hù)機(jī)械間隙為0.22 mm超差(正常為1.3～1.5 mm)，機(jī)械調(diào)整電子秤機(jī)構(gòu)后荷重恢復(fù)正常。

3.2 伺服控制系統(tǒng)

2014年6月6—8日，2#圓盤雙伺服的主電機(jī)三次報(bào)過流停機(jī)，原因是由于現(xiàn)場電纜溝積水，導(dǎo)致伺服電機(jī)的編碼器和電源電纜的電氣絕緣降為0，排水后更新伺服電機(jī)的編碼器和動(dòng)力電纜，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

OUTOTEC的自動(dòng)定量圓盤澆鑄機(jī)設(shè)備穩(wěn)定可靠、高效運(yùn)行，其控制邏輯設(shè)計(jì)完善，能有效防止設(shè)備誤操作；定量澆鑄系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)程序有自診斷功能，主站和遠(yuǎn)程I/O從站和電氣控制設(shè)備、氣動(dòng)閥導(dǎo)等控制元件接口通過PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)與陽極澆鑄PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息交換，具有故障自診斷功能，設(shè)備維護(hù)簡單；OUTOTEC在歐洲設(shè)計(jì)選型通用元器件時(shí)，就已經(jīng)注意到產(chǎn)品的可靠性及其在全球的技術(shù)支持服務(wù)；大冶有色公司陽極自動(dòng)定量澆鑄機(jī)使用維護(hù)經(jīng)過十年的設(shè)備技術(shù)消化吸收，已具有豐富的運(yùn)行和維護(hù)實(shí)踐。

ApplicationofAuto-controlSysteminOUTOTECAnodeDoubleWheelQuantitativeCastingMachine

MING Jiang-yong
(Smelting Plant, Daye Nonferrous Metals Group Co., Ltd. Huangshi 043700, China)

TM18 anode double wheel casting machine applies quantitative electronic weigher and servo motor control technology. The paper analyses control technology of copper smelting device upgrading, and realizes accurately control in practical operation experience.

TM18； double wheel casting machine； quantitative electronic weigher； double servo motor； application

2014-09-12

明江勇(1972-)，男，湖北黃石人，電氣工程師，大學(xué)專科，主要從事設(shè)備管理技術(shù)工作。

TP273

B

1003-8884(2014)06-0043-03