西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在電解機(jī)組中的應(yīng)用

李 峰

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著市場需求，銅業(yè)發(fā)展迅速，銅冶煉中的大型設(shè)備是必要的設(shè)備，廣州清遠(yuǎn)冶煉廠使用的陽極整形機(jī)組全部國產(chǎn)化，貴溪冶化工程公司負(fù)責(zé)電氣設(shè)計(jì)調(diào)試，制作和機(jī)械設(shè)計(jì)調(diào)試。

2 設(shè)備工藝介紹

陽極整形機(jī)組是電解銅工藝中的核心設(shè)備，陽極板澆鑄成型后由于生產(chǎn)過程中的不確定因素導(dǎo)致陽極板形狀變化，直接把陽極板放入電解槽會(huì)造成極板之間短路，影響生產(chǎn)。而整形機(jī)組主要對陽極板進(jìn)行外型修整，用壓力機(jī)調(diào)整陽極板垂直度，用高速銑刀切削陽極板掛耳底部，完成這些后整齊排列好，使行車可以一次調(diào)運(yùn)一槽的陽極板。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國內(nèi)的設(shè)備控制系統(tǒng)基本采用AB和三菱伺服控制系統(tǒng)，并采用中央機(jī)架擴(kuò)展配置，大量I/O控制線進(jìn)入一個(gè)PLC柜，造成現(xiàn)場電纜過多，維護(hù)難度大。后期改造的伺服控制系統(tǒng)與原有控制系統(tǒng)不兼容，控制模式單一。清遠(yuǎn)陽極機(jī)組控制系統(tǒng)使用全套西門子控制設(shè)備，采用基于PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)的分布式I/O系統(tǒng)，伺服控制器使用西門子的S120，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)使用ASI現(xiàn)場總線，保證系統(tǒng)兼容性，克服了傳統(tǒng)方案的不足［1］。

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置

陽極整形機(jī)組PLC控制系統(tǒng)主要有S7-300作主站，將ET200M分布式I/O設(shè)備，ASI現(xiàn)場I/O設(shè)備，伺服控制器集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。

配有DP通訊處理器的西門子功能鍵式MP377面板通過DP網(wǎng)絡(luò)連接到PLC控制系統(tǒng)中，通過WINCCFLEXIBLE軟件的組態(tài)和STEP7的組態(tài)實(shí)現(xiàn)了MP377與S7-300系統(tǒng)的通訊［2］。

陽極整形機(jī)組對現(xiàn)場控制信號(hào)的采集和對閥臺(tái)控制信號(hào)的輸出使用現(xiàn)場ASI總線技術(shù)解決，在保證信號(hào)處理實(shí)時(shí)性的前提下提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。（如圖1）

圖1 Profibus-DP結(jié)構(gòu)圖

3.2 ASI網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

陽極整形機(jī)組體積較大，現(xiàn)場檢查限位和控制閥臺(tái)數(shù)量眾多且相對分散，最適合使用ASI現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線設(shè)備屬于第三方設(shè)備，有很多不同的選擇，基于系統(tǒng)兼容性和設(shè)備采購等方面考慮，ASI網(wǎng)絡(luò)選用西門子的產(chǎn)品，ASI網(wǎng)關(guān)選用CP343-2，總線現(xiàn)場分站也選用西門子系列分站。

為防止網(wǎng)絡(luò)信號(hào)受到電磁干擾，動(dòng)力電纜與控制電纜分開放置，完善現(xiàn)場總線敷線方案盡量減少ASI網(wǎng)絡(luò)的距離，由于網(wǎng)絡(luò)過長，整個(gè)ASI網(wǎng)絡(luò)使用樹型拓展結(jié)構(gòu)并安裝兩個(gè)ASI控制電源用以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行電壓增強(qiáng)抗干擾能力。整個(gè)ASI網(wǎng)絡(luò)尾端使用網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)器以加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，提高網(wǎng)絡(luò)的安全和可靠性［3］。

3.3 使用SIEMENS的S120系列伺服控制器解決移載機(jī)運(yùn)行中快速精確定位功能。

機(jī)組可以同時(shí)銑削三塊陽極板，但是要求陽極板位置間隔非常精準(zhǔn)，所以移載機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，在硬件上由行走機(jī)構(gòu)和抓取裝置組成。移載機(jī)行走路線中有三個(gè)限位，用于極限限位和定位參考，而陽極板放置位置由伺服電機(jī)本身定位設(shè)備控制。

伺服控制器S120與PLC在DP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上使用SIEMNES的111標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文完成通訊（圖2）。在移載機(jī)運(yùn)行中電機(jī)尾部的增量式軸編碼器實(shí)時(shí)讀出當(dāng)前小車的行走距離，并利用DP網(wǎng)絡(luò)在DRIVERES軟件中監(jiān)控小車電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)［4］。

圖2 通訊報(bào)文

以入側(cè)移載機(jī)為例：在STEP7中建立DB塊作為伺服電機(jī)的狀態(tài)字和控制字存儲(chǔ)區(qū)。OB1中使用SFC14和SFC15進(jìn)行數(shù)據(jù)交換［5］，如圖3。

圖3 控制字和狀態(tài)字

如此與S120通訊建立完成。只要改變控制字DB塊的值，就實(shí)現(xiàn)對S120的控制，如圖4。

圖4 控制DB塊

4 HMI系統(tǒng)功能特點(diǎn)

MP377功能鍵式操作面板，一體式的結(jié)構(gòu)，使得在空間狹小的場合將面板安裝在相對穩(wěn)固的壁掛電氣箱內(nèi)。Winccflexible強(qiáng)大的功能使整個(gè)HMI系統(tǒng)更加靈活［6］。

下圖顯示了設(shè)備的操作臺(tái)和運(yùn)行畫面：

圖5 機(jī)組總圖

這個(gè)機(jī)組人機(jī)界面分為數(shù)個(gè)功能畫面，以適應(yīng)操作需要，其中包括電機(jī)啟停畫面，液壓站監(jiān)控畫面，伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置畫面，故障報(bào)警等。操作人員可通過觸摸屏對機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)異地監(jiān)控，并進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)定和機(jī)組簡單邏輯操作。

5 結(jié)束語

在項(xiàng)目實(shí)際調(diào)試過程中，SIEMENS產(chǎn)品的靈活性、開放性、完善的技術(shù)文檔、良好的技術(shù)支持、使得現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間得到了有力保證，縮短了項(xiàng)目調(diào)試時(shí)間。