關(guān)鍵詞：可編程自動(dòng)化控制器 鋁電解 槽控機(jī)
Abstract：This article introduced GE Fanuc RX3i PAC in the application of control system for tanks. And has carried on the design to its hardware electric circuit, corresponds the realization question to between PAC and between PAC and the computer，as well as the configuration software should serve as the brief introduction in the luminum electrolysis technology.
Key words：Programmable Automation Controllers, Aluminum electrolysis, Control system for tanks
1 前言
鋁電解模糊控制系統(tǒng)是在大量長(zhǎng)期工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)上，結(jié)合控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，吸收國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)，總結(jié)生產(chǎn)、應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，研制成功的新型鋁電解模糊控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式控制方式。主機(jī)(上位機(jī))采用Pentium系列或以上工控機(jī)，應(yīng)用軟件在NT系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)的語(yǔ)音報(bào)警、報(bào)表管理、系統(tǒng)監(jiān)控等軟件程序，能實(shí)時(shí)顯示電解槽工作電壓，電解系列電流，槽電阻等曲線，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)班報(bào)、日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、效應(yīng)等，并可隨時(shí)打??；自動(dòng)語(yǔ)音廣播電解槽效應(yīng)，電壓異常等工作狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。鋁電解模糊控制機(jī)(下位機(jī)即槽控機(jī))，以RX3i PLC作為微控制器，實(shí)時(shí)采集槽電壓，電解系列電流，輸出各種控制動(dòng)作；實(shí)時(shí)顯示電解槽各種狀態(tài)，槽控機(jī)控制狀態(tài)，具有顯示信息量大、清晰、易操作等優(yōu)點(diǎn)。槽控機(jī)在主控制部分，設(shè)置光電隔保護(hù)，有效防止外界信號(hào)對(duì)控制核心的影響,提高工作可靠性。槽控機(jī)設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)潔，維護(hù)更加容易。槽控機(jī)的工作狀態(tài)，可由主機(jī)授權(quán)，有利于電解生產(chǎn)的操作管理。鋁電解模糊控制系統(tǒng)具有在線故障自檢功能，運(yùn)行中出現(xiàn)的故障在上位機(jī)、槽控機(jī)均能提醒，顯示，使維護(hù)人員能盡快檢測(cè)故障，迅速維修[1> 。
1.硬件系統(tǒng)組成
1.1 布式控制硬件結(jié)構(gòu)框圖
該控制系統(tǒng)采用DDC（直接數(shù)字控制）、SCC（過(guò)程監(jiān)控）兩級(jí)分布式控制方案，原理圖見(jiàn)圖1.1。每臺(tái)槽控箱控制1臺(tái)電解槽，同時(shí)每臺(tái)槽控箱都有獨(dú)立的PLC作為主控制器，負(fù)責(zé)對(duì)系列電流、槽電壓和各種開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)解析，模糊推理，判斷槽中氧化鋁濃度，并通過(guò)調(diào)節(jié)下料時(shí)間間隔以及極距，達(dá)到電解槽內(nèi)物料平衡和熱量平衡。
過(guò)程監(jiān)控級(jí)通過(guò)RS-422通信總線與槽控箱中的PLC通信，從中獲取相關(guān)信息，通過(guò)對(duì)信息的加工、處理，實(shí)現(xiàn)槽況診斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DDC級(jí)的參數(shù)修改、優(yōu)化，同時(shí)也為人工操作和維護(hù)決策提供可靠的依據(jù)。
多區(qū)域的SCC均可連接起來(lái)，構(gòu)成一局域網(wǎng)，在原有二級(jí)基礎(chǔ)上擴(kuò)展一級(jí)MIS（管理信息系統(tǒng)）級(jí)，并實(shí)現(xiàn)與全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)，便于領(lǐng)導(dǎo)決策[2>[3> 。
2 槽控機(jī)工作原理
槽控機(jī)分為邏輯部分和低壓電器部分上下箱體，該機(jī)CPU采用GE Fanuc RX3i PLC，通訊板采用CAN工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊總線智能通訊板，每臺(tái)槽控機(jī)通過(guò)低壓電器部分的輸出驅(qū)動(dòng)電解 槽上的電磁閥、電機(jī)、效應(yīng)燈、效應(yīng)鈴?fù)瓿上鄳?yīng)控制動(dòng)作，電解槽與PLC之間連接圖如圖2.1。槽控機(jī)控制軟件用Turbo C2.0語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，代碼分離、實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行方式，運(yùn)行速度快、響應(yīng)即時(shí)，同時(shí)具有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)和“看門狗”功能，PLC的I/O簡(jiǎn)圖如圖2.2。
主要控制模塊及功能的開(kāi)發(fā)：
* 數(shù)據(jù)采集
* 自動(dòng)打殼下料控制主要完成定時(shí)加料過(guò)程(打殼—下料—沖料/反吹)
* 槽電阻波動(dòng)控制
* 氧化鋁濃度模糊控制
* 陽(yáng)極效應(yīng)預(yù)報(bào)和效應(yīng)控制
* 陽(yáng)極效應(yīng)報(bào)警和熄滅陽(yáng)極效應(yīng)一旦發(fā)生，槽控機(jī)即發(fā)聲光報(bào)警，并進(jìn)人熄滅陽(yáng)極效應(yīng)的過(guò)程。
* 出鋁控制過(guò)程
圖 2.2 I/O 簡(jiǎn)圖
3 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)
組態(tài)軟件Monitor and Control Generated System(M0GS)是一套基于Windows平臺(tái)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)[4> 。
利用PLC和組態(tài)軟件這兩種技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究 ，能跟蹤當(dāng)代技術(shù)發(fā)展的潮流，應(yīng)用目前先進(jìn)的微電子技術(shù)，能使電力供電的每一項(xiàng)典型裝置，在新的技術(shù)支持下得以實(shí)現(xiàn)。并為電力系統(tǒng)其他裝置的更新?lián)Q代，創(chuàng)造出新的領(lǐng)域。MCGS是一項(xiàng)新的技術(shù)手段。普通工程人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握，快速完成所需的工程項(xiàng)目。使其能集中精力解決工程本身的問(wèn)題，而不需要太多了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的軟、硬件問(wèn)題，降低了開(kāi)發(fā)難度。
① 工作界面設(shè)計(jì)
組態(tài)(Configuration)的意思就是模塊任意組合，其界面由電氣運(yùn)行主接線圖、報(bào)表數(shù)據(jù)、運(yùn)行曲線、報(bào)警系統(tǒng)、安全機(jī)制5大部分組成。
A 電氣運(yùn)行主接線圖。將各電氣設(shè)備按主接線方式通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式仿真模擬出來(lái)，其中包括了時(shí)實(shí)的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率電氣量的顯示。
B 數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的體現(xiàn)，通過(guò)組態(tài)軟件作出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，給運(yùn)行人員提供分析和提示系統(tǒng)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)。
C 運(yùn)行曲線。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的情況，通過(guò)組態(tài)軟件作出實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線和歷史運(yùn)行曲線。讓運(yùn)行人員清晰地看到系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)。
D 運(yùn)行操作界面還設(shè)置了保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，一旦運(yùn)行系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出顯示信號(hào)和音響信號(hào)。
E 安全機(jī)制。通過(guò)組態(tài)軟件作出的安全機(jī)制控制了各種級(jí)別人員操作權(quán)、控制權(quán)和訪問(wèn)權(quán)。
② 組態(tài)與PLC通訊
組態(tài)軟件提供了大量的工控領(lǐng)域常用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口，首先進(jìn)入設(shè)備窗口，設(shè)定串口通訊父設(shè)備，再選定PLC種類。調(diào)出設(shè)備屬性窗口，設(shè)置PLC與監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)連接通道。就可使界面與PLC設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。不需要了解計(jì)算機(jī)和I/O設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，編寫單獨(dú)的接口程序，因此降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于PLC的槽控機(jī)設(shè)計(jì)極大地提高了鋁電解自動(dòng)控制的水平，尤其是GE Fanuc的RX3i PAC在槽控機(jī)中的使用，因其CPU運(yùn)行速度快，存儲(chǔ)容量大的特點(diǎn)，根據(jù)效應(yīng)的自動(dòng)決策和管理，減少了因人工干預(yù)帶來(lái)的盲目性，提高了控制精度和準(zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn)：
[1> 伍德輝 大中型預(yù)焙槽鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 制造業(yè)自動(dòng)化 2002年9月第24卷
[2> 陳友泉 樊立魯 預(yù)焙電解槽智能控制系統(tǒng) 電氣傳動(dòng) 2002 年第 6 期
[3> 李康勇 GE micro PLC 在鋁電解槽控制中的應(yīng)用 微計(jì)算機(jī)信息 2001.1 P7-8
[4> 周美蘭 周封 王岳宇 PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì) 科學(xué)出版社 2003 年 5 月第一版
（轉(zhuǎn)載）
