10Kg真空自耗电弧炉控制系统的研制

陈娟　赵辉　李明

摘 要：文章的设计思想是利用上位机、PLC 及采集模块实现真空自耗电弧炉电控系统。同时阐述了组态王、OMRON PLC及研华采集模块的特点和应用范围。

关键词：上位机；组态王；PLC；采集模块；电弧炉

引言

目前我国的钛铸锭冶炼中，自动化程度已越来越高，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、高精度的西门子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。但是西门子PLC及相应的监控软件，对于小型的真空自耗电弧炉控制系统而言，未免耗资大，根据这一现状我们采用价格较便宜的日本OMRON可编程控制器+采集模块及国产的组态王监控软件设计10Kg电弧炉。这种组合同样具有控制精度高、可靠性好、安装调试方便、投资省、操作简单、软件编程容易的特点。

1 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控制电弧电压的大小，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，提出采用日本OMRON可编程序控制器PLC+研华模块+工业控制计算机相结合的控制方案。其中PLC主要完成机检测和控制任务，研华模块主要完成模拟量的采集，而上位机主要是利用组态软件组态王完成监测管理、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小型电弧炉的控制。

2 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及模块的工作特点，归纳整理出控制系统的输入/输出信号为：

模拟量输入信号：共有6点，全部为直流0～10V输入信号，主要是互感器及仪表的输出信号。

开关量输入信号：共有30点，全部为直流输入信号，主要是各种传感器输入信号和主令按钮输入信号。

输出信号：共有29点，全部为直流输出信号，主要是各种执行机构的输出和指示灯输出信号。

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RS232串行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I/0信号分配情况，控制系统决定选用日本OMRON公司的CP1L系列的40点可编程序控制器，工控机选择研华整机，采集模块选择研华的ADAM-4520及MOXA CP-104EL两款产品。

3 主要控制模块的设计

根据硬件的配置，我们进行软件及控制系统的设计。

3.1 上位机及系统软件

上位机主机采用研华的IPC-610工业机。上位机软件选用目前国内较为先进的组态王6.53及OMRON的CXP9.3为系统软件编程。组态王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，以及将下位机及模块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、历史趋势图和棒图还有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，组态王系统软件的流程图可以详细说明问题。

3.2 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控制模块选用日本OMRON公司的CP1L系列的40点可编程序控制器。该控制器有32点输入和18点的输出开关量。它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。组态王与PLC通讯正常后，我们可以在组态王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。

3.3 采集模块控制模块

采集模块选择研华的ADAM-4520多功能采集模块，主要完成模拟量的采集。模拟数据从信号源采集过来经变送器变为变为O-10V的电压信号，经ADAM-4520转为数字量输入上位机进行显示。根据实时采集的模拟量的变化情况，可以随时改变电弧电流及其他工艺参数，最终使系统达到最优控制。

4 结束语

采用组态王+PLC及采集模块控制的10Kg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小型电弧炉控制系统。

参考文献

[1]组态王6.5使用手册[S].北京亚控科技发展有限公司.

[2]日本OMRON PLC 編程及使用手册[s].