铜阳极板自动定量浇铸控制系统研制

摘要

在国内市场强劲需求的推动下，我国的铜精炼产业整体保持平稳的增长，在可预见的未来将会迎来加速发展期。作为铜金属产品消耗的主要拉动国家，尤其对精铜的需求量较高，所以对精铜的制备极其重要。铜阳极板自动定量浇铸机正是与铜精炼炉配套的对熔融铜水进行浇铸的设备，将熔融的铜水浇铸为阳极板，供后续电解工艺制备精铜。
　　通过对铜阳极板自动定量浇铸控制系统原理的分析，对浇铸系统硬件总体结构进行设计。采用西门子S7-300系列的PLC与昆仑通态MCGS人机界面相结合的方式实现自动化控制，对控制系统的设备元器件进行了选择，如称重传感器、伺服比例阀、变频器、温度传感器以及微型打印机的选择，完成了该自动定量浇铸系统总体方案的设计。
　　基于自动定量浇铸控制系统的原理，对定量浇铸设备的秤台进行了设计，称重传感器对浇铸铜水重量的数据采集是保证可编程控制 PLC系统运行的必要条件。通过对重量信号采集方式的分析与选择，选用称重模块对重量信号采集的方式，并在硬件层面和软件层面采取了抗干扰措施，来提高重量信号采集的可靠性与稳定性。
　　整个铜阳极板定量浇铸控制过程由PLC控制，需建立一条平滑、稳定的浇铸曲线，输出适应的电压来控制各阶段液压缸比例阀的精确动作。通过对控制过程的分析，如重量信号的采集与处理，结合PID反馈调节技术将其应用到浇铸各段，使浇铸过程更加平稳，来达到定量控制浇铸的效果。
　　对铜阳极板自动定量浇铸PLC控制系统的硬件和软件进行了设计。完成了PLC模块配置的选择，对主要输入输出点进行分配，完成了控制系统圆盘部分及浇铸包部分的液压系统回路设计，此外完成了模拟量输入输出模块电路及其他元器件如微型打印机与触摸屏等电路的设计，同时对控制系统软件各模块功能进行了设计。
　　完成了铜阳极板自动定量浇铸设备人机界面的设计，采用昆仑通态的触摸屏，实现了触摸屏与PLC之间的通讯，对主界面、浇铸曲线界面、校秤界面、I/O点诊断等界面做了组态设计，实现了实时通讯、设置参数和监控等功能，同时打印界面可以对浇铸数据进行统计与打印，能够更好的分析浇铸数据。
　　该课题的研究成果在某机械厂的铜阳极板圆盘自动定量浇铸设备上得到了现场的实际应用，通过对施工现场早期浇铸数据的采集，做了对浇铸统计数据的分析，针对浇铸过程中出现的波动与不稳定现象，采取改进措施，例如称重时间设置延时、重量采集点逻辑上的重新规划等，通过不同批次生产铜阳极板的统计数据的比对，可以看出系统定量控制能力渐趋稳定，抗干扰能力逐渐增强，浇铸稳定性、合格率都有大幅的提升。

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第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 铜阳极板定量浇铸控制系统国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章铜阳极板自动定量浇铸控制系统总体方案设计

2.1 铜阳极板自动定量浇铸的工作原理

2.2 铜阳极板自动定量浇铸系统硬件总体结构设计

2.3 铜阳极板自动定量浇铸系统设备器件选择

2.4 本章小结

第三章铜阳极板自动定量浇铸称重系统数据采集与处理

3.1 铜阳极板自动定量浇铸设备秤台的设计

3.2 增强系统抗干扰能力重量信号采集方法

3.3 称重模块对重量信号的采集

3.4 硬件层面的重量信号采集抗干扰

3.5 软件层面重量信号采集抗干扰

3.6 本章小结

第四章铜阳极板自动定量浇铸控制方法的研究

4.1 铜阳极板自动定量浇铸铜水浇铸曲线的建立

4.2 铜阳极板自动定量浇铸过程控制

4.3 PID控制在阳极板定量浇铸控制中的应用

4.4 本章小结

第五章铜阳极板自动定量浇铸PLC控制系统设计

5.1 PLC控制系统的硬件设计

5.2 PLC控制系统的软件设计

5.3 本章小结

第六章铜阳极板自动定量浇铸人机界面监控系统设计

6.1 人机主界面设计

6.2 参数设置界面设计

6.3 校秤界面设计

6.4 浇铸过程曲线界面设计

6.5 I/O点诊断界面设计

6.6 打印存储界面设计

6.7 本章小结

第七章铜阳极板自动定量浇铸系统现场应用数据分析

7.1 早期浇铸现场铜阳极板重量数据统计

7.2 现场调试浇铸铜阳极板重量数据统计

7.3 改进措施及达到的技术指标

7.4 本章小结

第八章结论和展望

8.1 结论

8.2 研究展望

参考文献

致谢

附录