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1、第27卷第2期辽宁师范大学学报(自然科学版)Vol.27No.22004年6月JournalofLiaoningNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Jun.2004文章编号:10001735(2004)02015803电弧炉电极升降控制系统的设计赵乃卓y(辽宁工程技术大学电气工程系,辽宁阜新123000)摘要:针对纯模拟器件自耗电极真空电弧炉电极升降控制系统故障率高、维护量大等一系列问题,设计出了由PLC和模拟调速器组成的电极升降控制系统.介绍了系统主要硬件配置、S7300PLC程
2、序结构、操作面板OP27组态画面.该系统控制算法采用PID算法,且根据现场工艺要求实现了从手动到自动的无扰切换功能.现场运行数据表明,基于PID控制规律的电弧炉电极升降PLC控制系统运行稳定可靠,操作方便,维护量小,对同行业的生产进步将起到示范和推动作用.关键词:电极;PLC控制;程序结构;组态中图分类号:TP272文献标识码:A目前,自耗电极真空电弧炉电极升降控制系统一般采用纯模拟器件控制方式,实践证明,这种纯模拟器件的控制方式带来诸如故障率高、维护量大、生产成本高等一系列问题.而可编程控制器(PLC)功能齐全、应用灵活、操作方便、稳定可靠,是现代控制系
3、统设备的发展方向,并且已成功应用于冶金、石化、机械等多种工业场合,因此,可以尝试把PLC应用于电极升降控制系统.基于这种想法,我们设计了PLC和模拟调速器组成的电极升降控制系统.本文从硬件设备和软件编程两个方面介绍了1500kg自耗电极电弧炉电极升降PLC控制系统的设计过程,并且给出了应用情况.1系统设计1.1系统总体结构电极升降PID控制系统控制部分主要由SIMATICS7300PLC、调速器514C、操作面板OP27(具有32个系统键,36个可组态功能键)、电压隔离器、操作台等组成,总体结构如图1所示.1.1.1可编程控制器SIMATICS7300
4、PLC属于模块化中小型PLC,可自由扩展,应用十分灵活.本系统S7300PLC由电源模块PS307、中央处理单元CPU314、模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332、数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322等组成.1.1.2操作面板操作面板OP27作为人机界面,通过使用ProTool组态软件来自定义OP27的显示与操作方法,从而达到过程要求的最佳图1电极升降PID控制系统总体结构效果.OP27通过MPI电缆与S7300PLC相连组成MPI网,其结构如图2所示.1.1.3调速器调速器514C用于控制直流电动机的速度,并且可以在4个象
5、限控制电机的速度.调速器514C采取y收稿日期:20040120作者简介:赵乃卓(1970),女,辽宁营口人,辽宁工程技术大学讲师.第2期赵乃卓:电弧炉电极升降控制系统的设计159电流速度双环负反馈控制方式,内环为电流环,电流环反馈信号由514C内部电路自检取得;外环为速度环,速度环的反馈信号取自电枢电压,它主要控制直流电机的速度,使之跟踪给定值.1.2系统工作原理自耗电极真空电弧炉依靠大功率的直流电源来提供冶炼能量,炉体内底部金属结晶器与直流电源正极相连通,欲冶炼的原料预先焊接在金属电极杆的下端,金属电极杆与直流电源的负极相连通.金属电极杆由差动齿
6、轮带动上下移动,差动齿轮则与图2S7300PLC系统组成结构直流电机和交流电机差动装配,冶炼时两个电机的转向相反.交流电机始终处于恒定的慢速运转状态,且使电极杆向上移动;S7300PLC通过控制调速器514C来控制直流电机的转速,且使电极杆向下移动,这样,电极杆在两个电机的差动作用下上下移动.在冶炼起始阶段,采用手动控制方式,即手动控制直流电机转速,使电极杆向下移动,当被冶炼原料与炉体底部结晶器接近到一定距离时,由于电场的作用,它们之间就会产生电弧,原料开始熔化冶炼;当电弧稳定后,转到自动控制方式.由于常规PID控制经过多年的实践,已经很成熟,因此系统自动
7、控制采用了常规PID控制.2软件设计2.1S7300PLC的编程S7300PLC的编程语言STEP7用文件块的形式管理编写的程序及程序运行所需的数据.2.1.1初始化块OB100初始化块OB100为程序的运行准备环境变量和参数.2.1.2组织块OB1组织块OB1是主程序循环块,在执行时要调用FC1、FB1等实现不同功能的功能块,另外,组织块OB1还要定时调用中断块OB35.2.1.3标度变换块FC1标度变换块FC1负责把手动给定值、电弧电压设定值、电弧电压值和速度信号值4个数字量分别转换为同实际大小对应的工程量.2.1.4滤波块FB1滤波块FB1
8、负责对来自现场的数据进行
