基于西門子PLC的電爐的控制設計

胡學勇

（銅陵有色稀貴金屬分公司，安徽 銅陵244000）

0 概述

稀貴金屬分公司貴金屬冶煉一車間從事銅陽極泥中稀貴金屬的回收，產品包括金，銀，硒，碲，鉑，鈀。 其中鉑精制采用NH3Cl 沉鉑工藝，得到鉑的氯酸鹽-氯鉑酸銨。再對氯鉑酸銨進行分段式煅燒得到最終產品海綿鉑（1）。 化學方程式：

3(NH4)2[PtCl6] (煅燒) = 3Pt + 2N2(g) + 2NH3(g) + 18HCl(g)

煅燒設備為電爐，該爐爐膛尺寸為700*300*300mm，電阻絲共三組，分布于爐膛兩側。 在爐膛與爐殼之間，敷有150mm 超高溫隔熱材料。 整個煅燒過程持續10.7 個小時， 電爐分別工作在250℃、450℃、650℃、900℃、4 個溫度段；共有8 種工作狀態，幾乎每小時都要更改參數，操作復雜繁瑣。 通過引進可編程邏輯控制器，給設備裝上“大腦”。根據工藝及要求，將每種狀態以程序的形式錄入其中，一可以減少崗位人員的勞動強度，二可以提高產品的品質。因此，對電爐溫度多段式控制的研究有著極為重要的現實意義。

1 電爐電氣原理

三相電經空氣開關，交流接觸器，限流熔斷器，全隔離單相交流調壓模塊，連接到電爐電阻絲。每條線路上安裝電流互感器，連接到控制柜面板電流表，以便操作人員能夠直觀的了解每相電流大小，從而判斷出電爐的運行狀況。

電氣原理圖1

圖1

其中QS 是空氣開關，KM 是交流接觸器，FU 是過流熔斷器，A 是電流表， JT 是全隔離交流調壓模塊，R 是電爐電阻絲，T 是爐溫檢測熱電偶。

以電爐功率21kW,電阻絲采用Y 型接法計算。滿功率工作下每相電流約為32A。 純電阻電路電流沖擊較小，電器元件實際容量可為理論容量的1.2-1.5 倍。 空氣開關，交流接觸器的額定電流可選擇40A；熔斷器的熔斷電流可選擇45A；根據銅質導線截面積與通過電流1：5的經驗值，主電路的導線截面積可選擇為8m2。

2 控制系統硬件選型

2.1 全隔離交流調壓模塊選型

2.1.1 需求分析

對于電爐，要實現爐內溫度可控，必須實現電阻絲線電壓可控，通過引入電力電子元器件，在觸發端給定可變電流/電壓，實現線路的截斷、部分截斷、全通，從而很好的控制電壓值，從而很好的控制溫度。電力電力元器件種類繁多，功能多樣，根據電爐實際工作電流，選擇調壓模塊型號為：DTY-H220D75G 。

2.1.2 器件參數及使用說明

類型：增強型；電流等級75A；電壓等級380V;控制電壓0-5V;

其引腳如圖2：

圖2

2.2 熱電偶選型

電爐實際的使用溫度在20-900℃之間，K 型熱電偶的測溫范圍為0-1300℃，輸出電壓為0-50mV。 能滿足使用要求，考慮到需要插入爐膛內進行測溫，綜合爐膛大小，長度以300mm 為佳。

2.3 PLC 選型

為滿足需求，電爐PLC 需實現3 個功能：K 偶的數據采集；全隔離交流調壓模塊電壓給定值輸出；電爐溫度控制的PID 調節。根據需求，西門子PLC 選型為CPU221+EM235。 其中EM235 完成數據采集及調壓功能。 PID 功能通過調用其內置的模塊來實現。

3 程序設計及核心代碼

針對實際使用中的八種工作狀態，以及電爐各種工作狀態之間的邏輯關系，得出程序的流程圖3。

圖3

根據此流程圖，可完成多段式電爐控制PLC 程序的編寫。 部分核心程序如下：

3.1 溫度顯示程序

實現將0-50mV 電信號轉化成直觀的0-1300℃數值信號。輸入電壓信號為單極性， 硬件設置也為單極性，EM235 SW1-SW6 撥碼盤的值為100101。

LD SM0.0;上電程序進行

ITD AIW0, AC0；將接在第一通道的電信號賦予臨時變量AC0

DTR AC0, AC0 ；將臨時變量值由整型變換成實型

MOVR AC0, VD232；VD232 為溫度值存儲單元

/R 25.0, VD232；范圍調整，32000/25=1300

3.2 檢測溫度，判斷程序流向（以判斷條件t>250℃為例）

LD SM0.1 ；開機時判斷一次

AR>=VD232, 250.0

= M0.0；爐膛實際溫度大于250℃

AR>=VD232, 400.0；比較爐膛溫度與400℃大小

LDN SM0.0；爐膛實際溫度小于250 攝氏度

CALL PID0_INT, VD232,VD212，VD222 ;40 分鐘內升溫至250℃

CALL PID0_INT, SM0.2,VD232,250.0，VD222；250℃保溫2 小時

完成了需求分析，電氣設計，器件選型，程序設計，代碼編寫，代碼測試工作后，可以將代碼下載到PLC 的內部存儲器中去。 設置好PG/PC 接口傳輸率， 用西門子S7-200 專用USB-PPI 編程電纜6ES7901-3CB30-0XA0，就可以完成程序下載工作（2）。 設備進入運行階段。

4 結束語

根據自己的使用需求， 部分工藝設備的引進可以探索新的模式，打破傳統的“拿來主義”的約束，創造性的提出“我使用，我設計”觀點，結合不同的專業，結合生產實際，梳理需求，自我創新創造，生產最適合我，最滿足我的設備，或者大膽的對設備進行升級改造，充分挖掘設備的潛能。

［1］王愛榮，李春俠.基于PLC 的礦井中央泵房自動化控制系統設計[J].煤礦機械,2010(03).

［2］徐志洋,程運安,程蕾.西門子PLC 源程序的自動生成設計與實現研究[J].儀器儀表學報,2012(08).