浅谈多功能机组

铝电解多功能机组电气系统的设计与调试（山西华圣铝业有限公司张建平）摘要：本文主要介绍铝电解多功能机组电气控制的构成和系统控制要求。以工具小车行走为例介绍了多功能机组的调试过程和常见故障处理。关键词：多功能机组、电气控制系统、PLC(ProgrammableLogicController)、通讯Abstract:Thispaperdescribestheconstitutionandcontrolrequirementsofpottendingmachineelectriccontrolsystem.Takingtooltrolleyingasanexample,itintroducesthetheadjustmentprocedureoftheelectricsystemandtroubleshootingaswell.Keywords:pottendingmachine、electriccontrolsystem、PLC、communication一、前言随着科学技术的迅速发展，铝电解生产从早期的自焙槽发展到今天的多点进电大型预焙槽，自动化程度不断提高，综合经济指标成倍增加，环保得到了彻底改善。而作为铝电解生产工艺加工的最关键设备多功能机组，是处在高温、强磁场（最大70GS）、大电流（300KA）、多粉尘及HF烟气环境中。它完成铝电解生产的打壳、加料、更换阳极、清理阳极坑、出铝、调运阳极母线框架、完成安装和检修电解槽及其它零星吊运等工作，是集机械、液压、气动、电气、自动控制等新技术于一体，是高科技含量的设备，对提高生产效率，减轻操作工人的劳动强度起到关键作用。多功能机组的控制系统采用PLC控制，机组的运行采用变频器调速，因此电气系统PLC程序的编写及程序调试直接影响到多功能机组的运行状况二、PLC系统组成电解多功能机组的控制系统包括PLC（美国AB生产）和变频控制（变频器为Vacon）等系统比较复杂；而且PLC不是普通的二、三点通讯，而是四点通讯，其中主站设在大梁的配电室－V内，第一从站设在工具小车的A4柜内，第二从站设在出铝车的A6柜内，第三从站设在驾驶室的A5柜内，主站和从站之间采用双绞线连接，主站的主通讯模块SN和从站的从通讯模块ASB间进行通讯，它的主要优点是减少了信号之间传输的电缆，且电气控制系统更加可靠，减少了系统的故障率。另外，在驾驶室安装了人机界面触摸屏，它是通过双绞线和CPU直接相连，维修工和操作工随时可以检查设备的运行状态和故障信息，大大减小了故障排除时间，提高设备的运行率。1、PLC硬件构成主站13槽框架：1746－A131块；电源模块：1746－P41块CPU模块：1747－L5421块；主通讯模块：1747－SN1块输入模块：1746－IM165块；输出模块：1746－OW164块占空模块：1746－N22块第一从站10槽框架：1746－A101块；电源模块：1746－P41块从通讯模块：1747－ASB1块；输入模块：1746－IM164块输出模块：1746－OW164块；占空模块：1746－N21块第二从站4槽框架：1746－A101块；电源模块：1746－P41块从通讯模块：1747－ASB1块；输入模块：1746－IM161块输出模块：1746－OW161块；占空模块：1746－N21块第三从站7槽框架：1746－A101块；电源模块：1746－P41块从通讯模块：1747－ASB1块；输入模块：1746－IM164块输出模块：1746－OW162块。通讯电缆：1770－CD3；触摸屏：2711－T10C82、地址分配三、编写程序1、主接触器控制回路主接触器的控制回路由钥匙开关、驾驶室急停、检修急停、吊挂急电源模块CPUSNI3O7触摸屏电源模块ASB驾驶室工具车出铝车大车I2I4I5O8O9O10N2N2I1.1O1.4I1.0I1.2I1.3O1.5O1.6O1.7N2第一从站电源模块ASBO1.9I1.8N2第二从站电源模块ASBI1.16I1.17I1.18O1.20O1.21I1.19第三从站停、防飞车、出铝车漏电保护、固定吊漏电保护、工具漏电保护等组成（见图1）。主接触器为避免频繁动作，用钥匙开关控制，要司机在下天车时必须关掉钥匙开关。主接触器的控制除程序中进行急停控制外，还在硬件线路上设置急停控制（见图2）。2、绝缘破坏保护多功能机组的绝缘是非常重要的。设置机械绝缘垫点，其一可防止COM10:9/00:9/1图2主接触器主回路原理图Fig2LoopschematicdiagramofmaincontactorKA1KA1P24G24L21N21司机室急停JT1吊挂急停JT2KM1钥匙开关B3：249急停B3：214吊急停B3：60检修急停B3：138防飞车B3：502漏电保护B3：40漏电保护B3：110漏电保护B3：1912绝缘强制试灯B3：210主电源B3：90图1主接触器PLC程序图Fig1PLCprocedurediagramofcontactor高压直流电通过机组对地短路，其二可防止机组交流漏电（电气设备绝缘破坏）是与直流混电。因此，吊钩和工具（包括打壳、更换阳极、加料、抓斗）对大车的绝缘总电阻不小于2兆欧。在固定吊、工具车以及出铝车上设置绝缘破坏循环检测板，当吊钩或工具的绝缘破坏时，5秒钟以后整个机组断电，同时绝缘破坏指示灯亮，在绝缘破坏恢复前整个机组无任何动作，这样能有效防止人身和设备事故。3、限位保护当升降机构提升到上限位或下降到下限位时机构停止运转，保证机构的可靠运行。如：出铝钩的上限位，当出铝钩提到上限位时，上限位断开出铝钩的上升接触器控制回路，使接触器失电，出铝钩电机停止运转。防止吊钩顶到滚筒的底部，造成钢丝绳拉断，钩头掉下的事故发生。4、脚踏开关保护本机组的任何机构动作时，必须踩住左脚行车脚踏开关，有效防止打开操纵室内钥匙开关，接通电源，而操纵手柄没有归到零位，导致机构会突然动作，造成设备事故。5、规定位置的保护机组的动作复杂，有些动作需要前一个动作到位后，下一个动作才能进行，或机构到达规定位置后，才能进行下一个动作。如：打壳在下限位，倾斜机构到规定位置，且感应器指示灯动作，打壳才能上升。6、加料联锁及定位当天车在通道高位料仓加料时，大车、工具小车与加料口定位连锁，加料过程中大车、工具小车不允许运行。7、扳手工作联锁当空压机供气时，扳手下降后大车、工具小车不允许运行。8、工具间定位联锁打壳机构、更换阳极装置、加料管、抓斗四个工具，任何一个有升降动作，其余三个必须在上限位或提升至上限位（只能上升，不能下降）。9、操纵室位置限制工具小车在供电侧低速区，操纵室不在规定位置，工具小车不能靠边，操纵室可左转至规定位置。10、速度限制工具小车、出铝小车在靠边区间只能低速运行，四个工具有一个离开上限位，大车、工具小车只能低速运转。11、悬挂式控制盘当用悬挂式控制盘操作时，由位置感应器控制操纵室所有动作失效。12、故障诊断系统在驾驶室内安装了触摸显示屏，屏上能显示机组的运行条件和故障原因，操作人员或维修人员随时可以监控设备的运行状况，有效地减轻了维修人员的劳动强度，提高设备的运行率。13、指示灯回路机组设备复杂，司机室位于环形轨道上，司机无法观察到主梁上设备的运行情况，需要大量的指示灯进行设备的状态及位置监视，以便司机及时了解设备的状态和位置。14、大车防撞系统在每个天车的端梁上（供电侧）安装激光防撞系统，它能有效防止两台天车相撞。四、电气控制系统调试1、调试前的准备（1）、理解熟悉电气原理图、接线端子图、主回路图及有关技术文件，了解操纵原理和各元件的作用。（2）、理解熟悉电气设备的工作原理、接线方式、线路安装及相关技术参数的设定。（3）、根据电气原理图检查电气线路的接线是否正确、线路安装是否符合标准，如有变更及时做好记录。（4）、用500V摇表测量线路的绝缘电阻，不得小于1兆欧。（5）检查电气设备及元件与电气原理图中所给定的设备是否相符。2、主电源送电（1）通电前检查检查滑线电源的电压是否正确。（2）依次合上主回路上的开关。3、控制回路送电（1）通电前检查检查电源的电压是否正确（PLC输入AC220V，输出24V）。检查PLC电源模块的电压选择是否正确（应为AC170－265V）。（2）通电检查给PLC送电检查PLC指示灯是否指示正确。第一次通电时，由于PLC的SLC模块内无程序，处理器没有工作，因此SLC的CPUFAULT灯应闪烁。检查各输入信号是否正确，检查常开和常闭点是否有接反的地方，输入信号的地址与电气原理图是否一致，并及时改证错误。建立通讯联系。PLC系统采用DH+通讯，用通讯电缆把笔记本电脑和PLC的CPU模块连接起来，且CPU钥匙开关转到programme位置，把在笔记本电脑已编好的程序灌入到CPU内。4、调试程序（以工具小车行走为例）控制回路送电。司机从司机室通过操作手柄给工具小车前进1档（前进2档、后退1档、后退2档）的信号。检查PLC的输出信号是否正确（接触器动作是否正确）。主回路送电。设定变频器的参数。一般工具车行走是两个档位，1当设为15Hz，2档设为40Hz。检查工具小车行走周围有无杂物阻碍小车运行。司机从驾驶室通过操作手柄点动给工具小车前进1档信号。检查电机运转的方向是否正确，电机及小车行走机构有无异常响声。检查限位是否正确、可靠。司机从驾驶室通过操作手柄给工具小车前进1档的信号。观察工具小车行走是否平稳。调试工具小车行走2档，调试工具车2档时，打壳、阳极、下料机构必须在上限位，确认工具小车行走速度是否符合设计要求，工具小车行走是否平稳。5、整车程序调试顺序主接触器回路大车行走两台固定吊出铝小车行走调试出铝钩升降调试工具车行走调试料管升降旋转调试司机室旋转调试液压站及液压系统调试空压机及气动系统调试各机构联锁调试空调调试大车防撞调试加料对位调试整车系统调试五、电气系统调试中常见的故障在我们的电气系统调试中，常见的故障如表1所示。表1电气系统调试中的常见故障Tab.1Causeandtroubleshootingofelectricsystem常见故障故障原因处理办法笔记本电脑与CPU模块无法连接笔记本电脑的编程软件与现场PLC不匹配笔记本电脑与CPU之间通讯连接不好笔记本电脑与CPU之间通讯线断笔记本电脑与CPU的波特率设置不正确通讯软件的设置不正确CPU模块有问题A13底板有问题更换笔记本的编程软件通讯电缆重新连接更换新通讯电缆重新设置波特率（115.2波特）重新设置通讯软件更换新CPU模块更换底板PLC主站和从站无法通讯主站的SN模块有问题从站的ASB模块有问题主站的SN模块拨码开关设置不正确从站的ASB模块拨码开关设置不正确编程软件的从站槽选择设置不正确通讯线路中断从站ASB模块的插槽位置不正确重新更换SN模块重新更换SN模块重新设置拨码开关位置重新设置拨码开关位置重新设置编程软件的从站槽重新连接线路重新安装到正确位置输出模块指示灯亮，控制回路无动作输出模块的输出点损坏模块底板损坏继电器板上的中间继电器坏中间继电器没有送电控制回路线路有问题执行元件本身有问题继电器板坏输入或输出点被程序强制更换输出模块更换底板更换中间继电器给中间继电器供电处理线路问题更换新执行元件更换新继电器板取消强制控制回路正常，主回路无动作主回路空气开关有问题主回路接触器有问题线路有故障电气设备有故障更换新空气开关更换新接触器检查线路更换电气设备有输入没输出底板有问题CPU内无程序或程序问题程序编写不正确程序不运行输入或输出点被程序强制主站和从站通讯中断重新更换底板重新向CPU灌程序修改程序运行程序取消强制重新连接通讯六、结束语铝电解多功能机组的电气系统PLC程序的编写及调试对机组的运行起着关键的作用。山西华圣铝业股份有限公司300KA大型预焙槽，于2006年3月投产，9月启动完毕，年产量22万吨，共10台多功能机组。由于受到磁场和其它因素的干扰，经常造成多功能机组失控；为了防止机组失控而造成的飞车现象，在多功能机组的电气控制系统程序编写中，增加