富士触摸屏与PLC在铜材冶炼业的应用

近些年来，我国电力、电器行业迅猛发展，对材料提出了新技术要求，带动了铜加工行业加工工艺进步。我们参与完成了铜加工设备中名为“无氧铜杆连铸机组”关键设备电控系统开发生产。 所谓无氧铜连铸，是先将铜400KW中频加热炉中融化，铜水表面始终覆盖着一层木炭粉，将铜水与氧气隔绝，而后冷却水套中结晶成铜杆，牵引实现连续铸造。这样工艺生产出铜材导电性能好，线路损耗低，已经受到行业认可。 电控系统负责完成铜杆从上引连铸 、牵引、卷绕成盘流水线整个生产过程控制。其中伺服电机带动减速机和及其他机械结构将铜杆向上牵引，实现连续铸造；再由变频器带动机械对铸造好铜杆实现牵引、卷绕、完成盘状包装。 这种冶炼设备都连续24小时不间断运行，一般日产20吨Φ8mm铜杆，产量大，产值高，对机组可靠性要求也很高。设备一旦故障而停机，避免炉中铜水冷却凝固后与炉子结为一体，必须要通电保温，光一天电费损失就高达5000元人民币。停机造成大量废铜也是一大笔损失。同时，该种设备工作环境却相当恶劣：现场环境温度极高，距离中频加热炉旁2米环境温度还要达到50℃，会加速电器元件老化；炭粉、灰尘等导电颗粒可能会影响触摸屏、PLC、伺服驱动器等电器元件正常工作。这样环境已经超越了一般电器产品环境要求，但产品一旦发生故障又会带来损失和不良反响，这样设备对我们及选用产品来说都是一种考验。 为此，我们了广泛市场调查，进行了实物试验，并进行了方案论证。我们最终采用了抗干扰能力强、性价比较高日本富士电机公司触摸屏和可编程控制器来控制交流伺服系统和变频器，组成整个项目电气控制系统。 系统控制框图: 2# 上引连铸 机构单元 RS485 通讯模块 RS485 通讯模块 RS485 通讯模块 牵引与卷绕机构单元 1# 上引连铸 机构单元 电控系统主要分两大组成部分： 
    1. 铜杆上引部分。

    2. 铜杆牵引卷绕成盘部分。 以下各部分控制要求与电气系统组成予以分别说明。

    一：铜杆上引部分： 上引系统硬件构成及控制框图： 1# 上引机构组成 2# 上引机构组成 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 富士触摸屏 UG20 富士可编程控制器 SPB 交流伺服系统 机械部分 富士触摸屏 UG20 机械部分 上引部分由如上控制框图所示两套完全独立机构组成，触摸屏设置上引位置控制量、上引速度，以及作为整个系统故障及运行数据、状态显示。可编程控制器完成速度与牵引距离浮点数算法，然后PLS1这条高级脉冲输出指令完成上引控制过程。上引节距控制精度为0.01mm, 速度最高可达到3m/min。SPB系列PLC具有100kHz输出频率，很轻松控制伺服电机实现高速、高频运行与停止，保证了上引速度与精度。

     二：铜杆牵引与卷绕部分： 这部分负责将前面连续铸造出来12根铜杆，12个变频器牵引，再另外12个变频器来进行卷绕控制，实现成品绕盘，最终形成盘状包装。

    1．铜杆牵引部分： 铜杆牵引部分与前面上引部分进行RS485通讯，可以直接获连铸速度，以此作为基准速度，并接收与每一根铜杆相连浮辊电位器信号，以此获机械打滑等原因引起线速度误差。PLC将两部分数据运算后，修正变频器速度，使牵引系统及时将连铸出来铜杆牵引到绕盘部分。 SPB系列可编程控制器具有LINK-DATA数据传递功能，能够实现每一个处于RS485通讯网络中可编程控制器之间数据共享，可以大大减少工程技术人员编制通讯程序时间，极大提高了编程效率。2套独立上引机构有不同连铸速度，也可以实时数据传送到牵引部分PLC，使之及时调整变频器牵引速度。 ，SPB系列可编程控制器A/D模块转换精度达到14位（16000/10V）高分辨率，每一根铜杆线速度有微量速度变化，都能高分辨率A/D模块敏锐捕捉到，使PLC能够迅速修正。

    2．铜杆卷绕部分： 铜杆卷绕部分是整个系统难点：没有任何其他传感器等电信号，仅仅依靠控制前文提到卷绕变频器，就要将铜杆绕成一圈圈均匀排列好由外往里或由里往外渐开线状盘型，循环往复后逐渐堆成圆柱型一大卷。铜材本身就有一定硬度，牵引轮、导向轮、转动绕盘外再也没有其他机械机构，同时客户还提出要求，要触摸屏设定绕盘内、外径尺寸。

    首先，我们运用高等数学理论建立数学模型，进行精确数学计算。SPB系列可编程控制器具有强大浮点运算功能，使我们顺利将高等数学运算公式转换成可编程控制器运算公式，很好实现了绕盘控制。 其次节约成本，我们利用可编程控制器48个输出点，加上我们自己编制专用程序实现了精确到0.1Hz调频，顺利实现了对24个变频器调速控制，省掉了24路D/A转换，极大降低了成本。 我们调试和精简PLC指令，顺利完成了卷绕部分工作，达到了客户要求。 总结： 值一提是，项目中，出于成本控制考虑，往往不配置与触摸屏连接RS232通讯模块，触摸屏又已经占据了编程口，给现场调试中进行线监控带来了困难。这时，我们把计算机直接接到富士PLC编程口，调试时取代触摸屏，从电脑把数据输入到PLC数据寄存器，将PLC内辅助继电器址强行置位，置位后数据立即参与运算，实现了线监控。这种直接输入功能，令调试变更直接、更便利。 以前，上引连铸设备领域，国内只生产机械式低档设备，产量低，不能满足客户产量要求；而高档设备都依赖进口，其高昂价格令国内众多企业驻足不前。我们电控系统开发成功后，性能不逊于进口设备，使国产设备性能明显提升了一个台阶。我们采用了富士触摸屏、PLC产品，使操作界面友善、维护便利、价格低廉，使设备获了市场一致认可，短时间内就基本取代了进口设备。 我们电控系统2年实际应用中，经受了恶劣环境考验，系统运作稳定可靠。生产出铜杆产品质量优良，是由废铜原料生产铜杆也可以拉丝成直径0.08mm导线，获了客户好评。目前，这种设备已经进入批量生产，远销缅甸、越南、泰国、印尼等东南亚国家。

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