本文介紹了采用可編程序控製器(PLC)和PC（微機）組成兩級分布式衝天爐自動加料控製係統的設計及實現方法。該係統以PLC作為與工業現場關聯的前沿單元工作站，用微機監視整個係統的運行狀態，對收集到的現場數據進行分析和管理，高可靠性地實現了對衝天爐加料係統的自動控製。
衝天爐是鑄造行業廣泛使用的熔煉設備。目前在國內大部分鑄造車間中，衝天爐熔煉生產中的配料、加料等工作都是由一線工人手工完成的，高溫、煙塵、震動、噪音等既惡化了工作環境，又增加了工人的勞動強度，同時稱重配料準確度難以保證，生產數據難以實時處理。衝天爐加料係統已成為製約鑄造生產自動化、鑄造管理現代化過程中的一個重要環節［1］。
可編程控製器(PLC)功能強，方便靈活，在工業控製中已有較廣泛的應用［2-3］，PC機軟件豐富，功能十分強大。本文采用PC機PLC機二級分布控製技術，用PLC作為下位機，用PC機作為上位機，監控係統運行狀態，並實現數據的傳送、分析和管理。據此設計了一個集自動稱量、自動加料、自動補償以及生產數據自動記錄與管理為一體的衝天爐自動加料係統。該係統已在上虞動力機廠投入實際生產使用，結果表明，自動控製係統設計合理、性能穩定、運行可靠、操作簡單、維修容易、便於推廣應用。
1，加料係統模型
1.1，現場布局
某動力機廠是國內最大的汽車發動機曲軸生產企業。鑄造車間采用先進的衝天爐—工頻爐雙聯熔煉工藝，衝天爐以生鐵、回爐鐵、廢鋼、焦炭和石灰石為原料生產原鐵水，通過工頻爐調節鐵水溫度、成分，並進行合金化和球化處理。為實現連續生產上虞動力機廠鑄造車間設置2台衝天爐交替生產。2台衝天爐共用一套加料係統，其平麵布局，1.2，工藝要求根據上虞動力機廠鑄造車間的實際鑄造生產過程，衝天爐自動加料係統除能實現加料現場無人全自動運行以外，還需滿足以下工藝要求：
(1) 同時具有加批料、加底焦、加層焦3種功能流程，且可以通過主控室實現不同流程之間的切換；
(2) 能檢測衝天爐料位，並根據料位自動啟動加料流程；
(3) 具有發現、判斷衝天爐內爐料“搭棚”和其它故障的功能，並發出報警信號，以通知操作人員及時處理；
(4) 具有稱量累計誤差自動補償功能，具有生產過程數據庫管理功能，實時記錄實際加料數據。
1.3，模型設計
根據上麵的工藝特點和要求，所設計的衝天爐自動加料係統以微機(PC)和可編程序控製器(PLC)為中心。係統主要部件的功能如下：
(1) 主控計算機(PC)整個加料係統運行過程的協調和監視；生產過程中的原料加入量的采集和管理；稱量誤差的修正；以及鐵水成分；鐵水溫度等其他工藝參數的記錄和管理；是整個係統的核心。
(2) 可編程控製器(PLC)采用三菱公司FX2係列的PLC產品，是流程運行的控製核心，用於實現對強電信號的檢測、控製信號的輸出以及生產流程邏輯的控製。
(3) 控製麵板包括各類流程選擇、控製操作按扭以及係統各部件運行指示燈。
(4) 振動給料機由PLC通過繼電器控製動作，將爐料從料庫輸送到稱量小車。
(5) 稱量小車普通的稱量小車上裝有單片機控製器，最大稱量為500 kg，小車在軌道上的行走以及向爬式送料罐卸料動作由PLC控製小車上的電機來實現。
(6) 爬式送料罐將爐料送入衝天爐，由PLC通過繼電器控製其工作。
2，控製係統構成與實現
2.1，PLC控製流程
衝天爐加料過程分成3個不同的工藝流程，作為一個有機的整體，它們都由同一個總控程序控製。在3個工藝流程中，加批料流程是最主要的。而其它2個流程其實隻是該流程的一個子集，故不作介紹。
2.2，PLC控製信號
采用三菱公司FX2-48MR係列的PLC產品［4］，其具有24個輸入點，24個輸出點，基本可以滿足係統的輸入輸出的需要。為了充分發揮該PLC的作用，一些信號指示燈通過電路實現控製，而不占用PLC的輸出端口。係統輸入包括所有的按鈕、行程開關、爐號選擇開關、料空信號、當前爐料稱重結束信號、自動/手動切換等共23個輸入信號。係統輸出包括小車行走控製、小車卸料控製、5個振動給料機控製、料罐送料控製、料空超時報警信號等近20個信號。
在實現PLC自動控製的正確邏輯中，一些信號的作用特別重要。
(1) 料空信號該信號觸發加料流程的啟動，以實現衝天爐熔煉過程中的自動不定時加料。當衝天爐中的爐料下降到規定位置以下時，傳感器向PLC發出料空信號，PLC控製程序在接到料空信號以後啟動料罐送料，並開始下一個加料循環過程。
(2) 爐料稱重結束信號該信號是給料機振動終止的門限信號，PLC控製程序在接收到該信號後，終止給料機的振動，並控製小車向下一個位置行走。
(3) 自動/手動切換是決定采用手工方式還是自動方式的選擇信號。在手工方式下，可由手工決定加料流程：在自動方式下，生產流程將進入由相應信號自動觸發的無限循環自動控製狀態。
(4)料空超時報警信號為防止衝天爐內部爐料搭棚而設置的信號。衝天爐在正常工作情況下，爐料下降速度由衝天爐容量和每次加料量決定。因此，一次加料以後到料空傳感器發出料空信號的時間基本上是一個常數，若超過某一時限，則可認為可能發生搭棚故障，該信號起到提示操作人員檢查爐況的作用。
3計算機軟件設計 在衝天爐自動加料係統中，計算機起著原料的稱量值、鐵水成分、溫度等各種數據的采集和管理，加料配方傳送、誤差修正、各部件運行協調的作用。本係統計算機軟件采用Power Builder 4.0編寫，在Windows95環境下運行，具有界麵友好、操作方便、數據管理功能完備等優點。計算機在整個係統中處於核心地位，所以它與稱量儀等器件的通訊是十分重要的。在本係統中，所有通訊都通過COM接口實現，考慮到簡單經濟的原則，采用異步串行半雙工的通訊方式。它采用標準的RS232C接口，能滿足生產現場控製距離要求。為減少環境對通訊的幹擾，通訊線采用較粗的屏蔽線。
4，結束語
設計了一個由微機和PLC協同工作的衝天爐自動加料控製係統，並成功地應用於實際生產中。該係統實現了加料過程的全自動控製，平時隻需一人在遠離一線的主控室中監視係統運行狀態；與此同時，該係統保留了人工控製功能，以便在係統發生嚴重故障時采用人工控製維持生產。該係統能根據累計加料誤差自動修正加料設定值，並對生產過程中的各種數據進行了采集與分析處理，有助於實現鑄造生產全麵管理的計算機化。

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