基于西门子PLC的电炉的控制设计

【摘 要】可编程逻辑控制器的运用是自动化专业发展的新高度，是传统的模拟电子，数字电子发展的最终方向。通过它真正实现了设备控制的简单、精准、高效。对其研究，探索没有止境，本文通过对可编程逻辑控制器在电炉控制中的研究，使读者对工厂级自动化运用有了最为直接的认识。

【关键词】可编程逻辑控制器；自动化；精准；高效；工厂级运用

0 概述

稀贵金属分公司贵金属冶炼一车间从事铜阳极泥中稀贵金属的回收，产品包括金，银，硒，碲，铂，钯。其中铂精制采用NH3Cl沉铂工艺，得到铂的氯酸盐-氯铂酸铵。再对氯铂酸铵进行分段式煅烧得到最终产品海绵铂（1）。化学方程式：

3（NH4）2[PtCl6] （煅烧） = 3Pt + 2N2（g） + 2NH3（g） + 18HCl（g）

煅烧设备为电炉，该炉炉膛尺寸为700*300*300mm，电阻丝共三组，分布于炉膛两侧。在炉膛与炉壳之间，敷有150mm超高温隔热材料。整个煅烧过程持续10.7个小时，电炉分别工作在250℃、450℃、650℃、900℃、4个温度段；共有8种工作状态，几乎每小时都要更改参数，操作复杂繁琐。通过引进可编程逻辑控制器，给设备装上“大脑”。根据工艺及要求，将每种状态以程序的形式录入其中，一可以减少岗位人员的劳动强度，二可以提高产品的品质。因此，对电炉温度多段式控制的研究有着极为重要的现实意义。

1 电炉电气原理

三相电经空气开关，交流接触器，限流熔断器，全隔离单相交流调压模块，连接到电炉电阻丝。每条线路上安装电流互感器，连接到控制柜面板电流表，以便操作人员能够直观的了解每相电流大小，从而判断出电炉的运行状况。

其中QS是空气开关，KM是交流接触器，FU是过流熔断器，A是电流表， JT是全隔离交流调压模块，R是电炉电阻丝，T是炉温检测热电偶。

以电炉功率21kW，电阻丝采用Y型接法计算。满功率工作下每相电流约为32A。纯电阻电路电流冲击较小，电器元件实际容量可为理论容量的1.2-1.5倍。空气开关，交流接触器的额定电流可选择40A；熔断器的熔断电流可选择45A；根据铜质导线截面积与通过电流1：5的经验值，主电路的导线截面积可选择为8m2。

2 控制系统硬件选型

2.1 全隔离交流调压模块选型

2.1.1 需求分析

对于电炉，要实现炉内温度可控，必须实现电阻丝线电压可控，通过引入电力电子元器件，在触发端给定可变电流/电压，实现线路的截断、部分截断、全通，从而很好的控制电压值，从而很好的控制温度。电力电力元器件种类繁多，功能多样，根据电炉实际工作电流，选择调压模块型号为：DTY-H220D75G 。

2.1.2 器件参数及使用说明

类型：增强型；电流等级75A；电压等级380V；控制电压0-5V；

其引脚如图2：

2.2 热电偶选型

电炉实际的使用温度在20-900℃之间，K型热电偶的测温范围为0-1300℃，输出电压为0-50mV。能满足使用要求，考虑到需要插入炉膛内进行测温，综合炉膛大小，长度以300mm为佳。

2.3 PLC选型

为满足需求，电炉PLC需实现3个功能：K偶的数据采集；全隔离交流调压模块电压给定值输出；电炉温度控制的PID调节。根据需求，西门子PLC选型为CPU221+EM235。其中EM235完成数据采集及调压功能。PID功能通过调用其内置的模块来实现。

3 程序设计及核心代码

其引脚如图2：

图 2

根据此流程图，可完成多段式电炉控制PLC程序的编写。部分核心程序如下：

3.1 温度显示程序

实现将0-50mV电信号转化成直观的0-1300℃数值信号。输入电压信号为单极性，硬件设置也为单极性，EM235 SW1-SW6拨码盘的值为100101。

LD SM0.0；上电程序进行

ITD AIW0， AC0；将接在第一通道的电信号赋予临时变量AC0

DTR AC0， AC0 ；将临时变量值由整型变换成实型

MOVR AC0， VD232；VD232为温度值存储单元

/R 25.0， VD232；范围调整，32000/25=1300

3.2 检测温度，判断程序流向（以判断条件t>250℃为例）

CALL PID0_INT， SM0.2，VD232，250.0，VD222；250℃保温2小时

完成了需求分析，电气设计，器件选型，程序设计，代码编写，代码测试工作后，可以将代码下载到PLC的内部存储器中去。设置好PG/PC接口传输率，用西门子S7-200专用USB-PPI编程电缆6ES7901-3CB30-0XA0，就可以完成程序下载工作（2）。设备进入运行阶段。

4 结束语

根据自己的使用需求，部分工艺设备的引进可以探索新的模式，打破传统的“拿来主义”的约束，创造性的提出“我使用，我设计”观点，结合不同的专业，结合生产实际，梳理需求，自我创新创造，生产最适合我，最满足我的设备，或者大胆的对设备进行升级改造，充分挖掘设备的潜能。

【参考文献】

[1]王爱荣，李春侠.基于PLC的矿井中央泵房自动化控制系统设计[J].煤矿机械，2010（03）.

[2]徐志洋，程运安，程蕾.西门子PLC源程序的自动生成设计与实现研究[J].仪器仪表学报，2012（08）.