铝电解阳极钢爪校直机.pdf

第6 1 卷第4 期 2009 年I1 月 有色金属 N o n f e I T o u sM e t a l s V 0 1 ．6 1 ．N o ．4 N o v e m b e r ．2009 铝电解阳极钢爪校直机 沈建冬1 ，穆容2 ，高瑜2 1 ．西安邮电学院信息与控制系，西安7 1 0 12 1 ； 2 ．西安科技大学电控学院，西安7 10 0 5 4 摘要通过结构、工作原理、液压系统及其操作要求的分析，研制基于s 7 3 0 0 型P L C 和M P 2 7 0 触摸屏的伞自动在链阳极 钢爪校直机控制系统，描述控制系统的软、硬件设计方法及其特点。系统具备自动加热、校直运行、在线监视、离线故障检测和多 台设备协同工作的功能。 ， 关键词冶金技术；阳极钢爪校直机；P L C ；铝电解 中图分类号T F 8 2 1 ；T F 8 0 4 ．4 ；T F 3 5 5 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 0 9 8 0 3 铝电解过程中阳极钢爪横梁与四爪导电受热 后，应力不均匀，使其出现弯曲，通常的情况下是首 先弯曲钢爪两侧。过去通常采用的处理方法为更换 内弯法、切除部分内弯爪头法、局部隔开校直焊接 法。这些方法的缺点是 1 容易损坏钢爪，使导电 性降低，缩短钢爪使用寿命； 2 使用大量人力和财 力，效率低下，能源浪费严重； 3 造成严重的环境 污染。 为满足工业生产的需要，研制了阳极钢爪校直 机，其特点是把钢爪经过感应加热，使其温度升高软 化，然后放在一个专用的机构中校直。它的优点是 1 无需焊接，对钢爪损害变小，延长了钢爪的二次 使用周期； 2 保持很好的导电性，提高电解效率； 3 节省了大量人力和财力，提高了生产效率； 4 使用电能，使现场的环境得到改善。 由于P L C 技术已经相当完善，且性能可靠，所 以系统选用P L C 来进行电气控制。主控单元选择 S 7 3 0 0 型P L C ，它的优点是支持在线修改程序，这 样在调试过程中很方便修改程序，而不需要重复下 载程序，并通过P r o F i B u s B P 网和其他上位机通信。 1阳极钢爪校直机工作原理及系统组成 系统分为两个工步。 1 加热T 步，主要通过 中频感应加热，使弯曲钢爪的温度快速升高，达到 1 0 0 0 。C 以上，使钢爪变软。 2 校直T 步，当钢爪加 热完毕后，通过特制机械结构对其顶推，使其在不损 伤钢爪的情况下变直，最终达到使其可以循环重复 收稿日期2 0 0 7 0 8 3 1 作者简介沈建冬 1 9 7 6 一 。男，宁夏石嘴山市人，工程师，主要从 事电力电子与电力传动及电气控制方面的教学与研究。 利用的目的。 加热机校直机 图l阳极钢爪校直机系统框图 F i g ．1S y s t e md i a g r a mo fa n o d es t e e ls t u b s t r a i g h t e n i n gm a c h i n e 系统如图1 所示，是一个典型的机电一体化产 品，主要有加热机机体、校直机机体、水水交换器、液 压站、中频电源、电气控制系统6 个部分组成。其中 加热机本体是用来感应加热使弯曲钢爪变热，达到 1 0 0 0 。C 以上 由于采用感应加热的方法，使得钢爪 受热均匀，在校直过程中受到外力的情况下，减少了 钢爪的机械损伤，延长了钢爪的二次使用周期 。 校直机是用来对已经加热且变软的钢爪进行校直。 水水交换器作用是冷却中频电源中的可控硅，使其 能够快速的散热。液压站包括升降液压站和校直液 压站，其中升降液压站是用来对加热机和校直机的 工作台升降，使的钢爪顺利进入加热机的感应线圈 万方数据 第4 期沈建冬等铝电解阳极钢爪校直机 和校直机构。校直液压站是对以加热完的钢爪校 直。中频电源是用来控制感应加热的速度和功率。 控制系统是对整个系统的工作进行控制。 2 控制系统硬件设计 2 ．1P L C r。一 l 触摸屏 加热机上升 加热机下降 校直机上升 ● ■ ● ■ 校直缸上升 升降液压站信号 校直液压站信号 ● ● ● ● 校直机上升到位 输入设备 D 1 3 ．O D 1 3 ．1 P L C 是整个控制系统的核心，系统采用S I E M E N S 公司的3 0 0 系列P L C ，其最大可扩展1 3 个模 块。3 0 0 型P L C 相比其他小型P L C 的优点是可以 进行在线修改程序及控制点数大幅增加，且和整个 系统通讯可靠容易。控制系统硬件框图如2 所示。 去阳极组 装总控室 茎| l 霎l | | | I ⋯{ 季I 荤l ⋯{ 季 D i 4 3 5 _ 2 0 I l l A 变送器 D I ，肺 I 囊 l 电 I 压继戮 图2 系统硬件框图 F i g ．2S y s t e md i a g r a mo fh a r d w a r e 2 ．2I ／o 模块及接口 系统有一块模拟量输入模块，它主要是接收来 自变频电源柜进线电压、直流电压、直流电流等信 号。经过变送器变为4 2 0 m A 电流信号，P L C 通过 它可以判断中频电源是否工作正常。5 块开关量输 入模块，它是接收系统的外部按钮及限位开关，来控 制系统的动作。其中包括电机的启动，电机的停止。 4 块开关量输出模块，它主要输出控制电机的启动 和停止，液压站上电磁阀的动作，以及动作过程中的 其他动作，同时还有故障系统的显示。 2 ．3 触摸屏 系统采用M P 2 7 0 型触摸屏。它可以进行动画 监视和操作，最主要它可以生成报警说明，可以显示 故障的类型及时间。这样使得系统出现故障时，维 护人员迅速的判断出故障点，及时的处理故障，从而 可以避免设备的损坏和生产的事故。 3系统软件设计 为了便于维护和调试，采用模块化设计，程序由 几个子程序组成，各子程序可以独立完成各自的功 能，互不干扰，而且可在线修改程序，在程序监控的 D 嘴．f } D J l ；．1 D 0 8 ．2 输出没备 D O m 卫l 庐 D 0 1 0 ．3 1 胖 I i o o s l 萨 升降液压站 校直液压站 加热机上升 加热越L 下降 校直缸上升 电气故障 全自动显示 过程中随时改写程序。程序共有主程序、加热子程 序、校直子程序、故障子程序及通讯子程序5 个模 块。 3 ．1 加热校直控制 加热、校直过程控制如图3 所示。当系统准备 好 包括设备本体和上位悬链 ，本机向悬链发出请 求信号，悬链响应后，放人钢爪。判断是否加热，当 钢爪需要加热。则加热机上升，上升到位。启动中 频电源，使其功率输出达到预定的功率，如果没有达 到额定功率，则说明中频电源有故障，应立即停止中 频。如果中频正常，则继续加热。当加热时间到了 所设定的时间后，中频停止，加热机下降。系统给悬 链发出加热完毕信号，请求放钢爪。同时校直机向 悬链发出要钢爪信号。则钢爪离开加热工位进入校 直工位。首先判断是否校直，如果不需要则放走钢 爪，需要校直，校直机上升。上升到位后校直缸进行 校直。它包括四个过程楔子上升、校直缸上升、校直 缸下降、楔子下降。校直完毕后，校直机下降，下降 到位。整个工作过程结束。校直机向悬链发出信 号，请求放钢爪。 3 ．2 故障及报警 芋 帆m 剖 万方数据 1 0 0 有色金属第6 l 卷 图3 加热、校直过程控制图 F i g ．3 P r o g r e s s i n gc o n t r o l 1 i 碰卿o fh e a t i n ga n ds t r a i g h t e n i n g 为了使系统能稳定运行，就要对设备运行的情 况进行实时的监控，如果发现设备有异常的情况，应 参考文献 进行报警。系统设计了故障报警子程序。在系统中 主要有电气故障报警、液压系统报警、水系统报警三 个方面的报警。在这些报警中分为重故障和轻故 障，当系统中有重故障，系统必须立即停止工作，而 轻故障则可以继续短时间运行。重故障主要包括电 气故障和液压故障，而轻故障则包括水故障。系统 中设有“急停按钮”，当设备出现重故障时，或其他 对设备有危害的情况下，可以按下“急停按钮”，使 设备停止。 3 ．3 通讯子程序 由于设备安装于阳极组装车间，通过S I E M E N S 公司的R r o F i B u s 网和总控室系统进行通讯，使的总 控室可以实时的监控到系统的运行情况，可以对整 个车间的运行进行调度及生产报表的生成。 4结语 阳极钢爪校直机自从研制成功以来，已经广泛 的应用于国内的电解铝厂，如青铜峡铝业集团、包头 铝业集团、内蒙古霍煤鸿骏铝业和山东茌平华信铝 业集团等厂家。在阳极钢爪校直机的使用过程中， 为企业节省了大量人力，延长了钢爪的使用寿命，大 大提高了企业的劳动生产率，每年可为企业节约资 金上千万元许，受到了国内铝厂的一致好评，并获得 宁夏回族自治区科技进步三等奖。 [ 1 ] 西门子公司．S I M A T I C S 7 3 0 0 可编程控制器系统手册[ K ] ．德国西门子公司，2 0 0 5 2 3 2 5 ． [ 2 ] 王永华．现代电气及可编程控制技术[ M ] ．北京北京航空航天大学出版社，2 0 0 2 3 6 3 8 ． [ 3 ] 卫国爱．基于P L C 的液压调平升降控制系统[ J ] ．液压与气动，2 0 0 4 ， 5 1 1 1 3 ． [ 4 ] 李秋林．话门子s 7 3 0 0P L C 在普梯水电站综合自动化系统中的应用[ J ] ．中国水能及电气化，2 0 0 6 ， 9 5 5 5 7 ． S a v i n g e n e r g yM e t h o df o rA n o d eS t e e lS t u bS t r a i g h t e n i n g M a c h i n ei nA l u m i n o t h e r m y S H E NJ i a n 一面n g ，M UR o n g ，G A OY u D e p a r t m e n to f l m f o r m a t i o na n dC o n t r o lI n s t i t u t eo f P o s t T e l e c o m m u n i c a t i o n s ，X i ’Q n7 1 0 1 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o n t r o ls y s t e mo fa u t o m a t i co n - c h a i na n o d es t e e ls t u bs t r a i g h t e n i n gm a c h i n eb a s e do nS 7 3 0 0P L Ca n d M P 2 7 0t o u c hs c r e e ni si n v e s t i g a t e db ya n a l y s i so fe q u i p m e n ts t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l e ，h y d r a u l i cs y s t e ma n d o p e r a t i n gn e e d s ，a n dt h ed e s i g n i n gm e t h o d so fc o n t r o l l i n gs y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，a n dc h a r a c t e r sa r e d e s c r i b e d ．T h es y s t e mi so ft h ef u n c t i o n so fa u t o m a t i ch e a t i n g ，s t r a i g h t e n i n gr u n n i n g ，o n l i n em o n i t o r i n g ，o f f - l i n e f a u l tc h e c ka n dC O ．w o r kw i t hs e v e r a ld e v i c e s ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；a n o d es t e e ls t u bs t r a i g h t e n i n gm a c h i n e ；P L C ；a l u m i n u me l e c t r o l y s i s 万方数据