西门子自动化产品在电解机组中的应用

李 峰

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

随着市场需求，铜业发展迅速，铜冶炼中的大型设备是必要的设备，广州清远冶炼厂使用的阳极整形机组全部国产化，贵溪冶化工程公司负责电气设计调试，制作和机械设计调试。

2 设备工艺介绍

阳极整形机组是电解铜工艺中的核心设备，阳极板浇铸成型后由于生产过程中的不确定因素导致阳极板形状变化，直接把阳极板放入电解槽会造成极板之间短路，影响生产。而整形机组主要对阳极板进行外型修整，用压力机调整阳极板垂直度，用高速铣刀切削阳极板挂耳底部，完成这些后整齐排列好，使行车可以一次调运一槽的阳极板。

3 电气控制系统设计

国内的设备控制系统基本采用AB和三菱伺服控制系统，并采用中央机架扩展配置，大量I/O控制线进入一个PLC柜，造成现场电缆过多，维护难度大。后期改造的伺服控制系统与原有控制系统不兼容，控制模式单一。清远阳极机组控制系统使用全套西门子控制设备，采用基于PROFIBUSDP网络的分布式I/O系统，伺服控制器使用西门子的S120，现场网络使用ASI现场总线，保证系统兼容性，克服了传统方案的不足［1］。

3.1 网络结构和配置

阳极整形机组PLC控制系统主要有S7-300作主站，将ET200M分布式I/O设备，ASI现场I/O设备，伺服控制器集成到PROFIBUS-DP网络中。

配有DP通讯处理器的西门子功能键式MP377面板通过DP网络连接到PLC控制系统中，通过WINCCFLEXIBLE软件的组态和STEP7的组态实现了MP377与S7-300系统的通讯［2］。

阳极整形机组对现场控制信号的采集和对阀台控制信号的输出使用现场ASI总线技术解决，在保证信号处理实时性的前提下提高整个网络的抗干扰能力。（如图1）

图1 Profibus-DP结构图

3.2 ASI网络设计方案

阳极整形机组体积较大，现场检查限位和控制阀台数量众多且相对分散，最适合使用ASI现场总线技术。现场总线设备属于第三方设备，有很多不同的选择，基于系统兼容性和设备采购等方面考虑，ASI网络选用西门子的产品，ASI网关选用CP343-2，总线现场分站也选用西门子系列分站。

为防止网络信号受到电磁干扰，动力电缆与控制电缆分开放置，完善现场总线敷线方案尽量减少ASI网络的距离，由于网络过长，整个ASI网络使用树型拓展结构并安装两个ASI控制电源用以提高整个网络的运行电压增强抗干扰能力。整个ASI网络尾端使用网络增强器以加强网络传输距离，提高网络的安全和可靠性［3］。

3.3 使用SIEMENS的S120系列伺服控制器解决移载机运行中快速精确定位功能。

机组可以同时铣削三块阳极板，但是要求阳极板位置间隔非常精准，所以移载机在整个系统中起着非常重要的作用，在硬件上由行走机构和抓取装置组成。移载机行走路线中有三个限位，用于极限限位和定位参考，而阳极板放置位置由伺服电机本身定位设备控制。

伺服控制器S120与PLC在DP网络的基础上使用SIEMNES的111标准报文完成通讯（图2）。在移载机运行中电机尾部的增量式轴编码器实时读出当前小车的行走距离，并利用DP网络在DRIVERES软件中监控小车电机实时运行数据［4］。

图2 通讯报文

以入侧移载机为例：在STEP7中建立DB块作为伺服电机的状态字和控制字存储区。OB1中使用SFC14和SFC15进行数据交换［5］，如图3。

图3 控制字和状态字

如此与S120通讯建立完成。只要改变控制字DB块的值，就实现对S120的控制，如图4。

图4 控制DB块

4 HMI系统功能特点

MP377功能键式操作面板，一体式的结构，使得在空间狭小的场合将面板安装在相对稳固的壁挂电气箱内。Winccflexible强大的功能使整个HMI系统更加灵活［6］。

下图显示了设备的操作台和运行画面：

图5 机组总图

这个机组人机界面分为数个功能画面，以适应操作需要，其中包括电机启停画面，液压站监控画面，伺服电机参数设置画面，故障报警等。操作人员可通过触摸屏对机组状态进行实时异地监控，并进行必要的参数设定和机组简单逻辑操作。

5 结束语

在项目实际调试过程中，SIEMENS产品的灵活性、开放性、完善的技术文档、良好的技术支持、使得现场调试时间得到了有力保证，缩短了项目调试时间。