本文介绍了采用可编程序控制器(PLC)和PC（微机）组成两级分布式冲天炉自动加料控制系统的设计及实现方法。该系统以PLC作为与工业现场关联的前沿单元工作站，用微机监视整个系统的运行状态，对收集到的现场数据进行分析和管理，高可靠性地实现了对冲天炉加料系统的自动控制。
冲天炉是铸造行业广泛使用的熔炼设备。目前在国内大部分铸造车间中，冲天炉熔炼生产中的配料、加料等工作都是由一线工人手工完成的，高温、烟尘、震动、噪音等既恶化了工作环境，又增加了工人的劳动强度，同时称重配料准确度难以保证，生产数据难以实时处理。冲天炉加料系统已成为制约铸造生产自动化、铸造管理现代化过程中的一个重要环节［1］。
可编程控制器(PLC)功能强，方便灵活，在工业控制中已有较广泛的应用［2-3］，PC机软件丰富，功能十分强大。本文采用PC机PLC机二级分布控制技术，用PLC作为下位机，用PC机作为上位机，监控系统运行状态，并实现数据的传送、分析和管理。据此设计了一个集自动称量、自动加料、自动补偿以及生产数据自动记录与管理为一体的冲天炉自动加料系统。该系统已在上虞动力机厂投入实际生产使用，结果表明，自动控制系统设计合理、性能稳定、运行可靠、操作简单、维修容易、便于推广应用。
1，加料系统模型
1.1，现场布局
某动力机厂是国内最大的汽车发动机曲轴生产企业。铸造车间采用先进的冲天炉—工频炉双联熔炼工艺，冲天炉以生铁、回炉铁、废钢、焦炭和石灰石为原料生产原铁水，通过工频炉调节铁水温度、成分，并进行合金化和球化处理。为实现连续生产上虞动力机厂铸造车间设置2台冲天炉交替生产。2台冲天炉共用一套加料系统，其平面布局，1.2，工艺要求根据上虞动力机厂铸造车间的实际铸造生产过程，冲天炉自动加料系统除能实现加料现场无人全自动运行以外，还需满足以下工艺要求：
(1) 同时具有加批料、加底焦、加层焦3种功能流程，且可以通过主控室实现不同流程之间的切换；
(2) 能检测冲天炉料位，并根据料位自动启动加料流程；
(3) 具有发现、判断冲天炉内炉料“搭棚”和其它故障的功能，并发出报警信号，以通知操作人员及时处理；
(4) 具有称量累计误差自动补偿功能，具有生产过程数据库管理功能，实时记录实际加料数据。
1.3，模型设计
根据上面的工艺特点和要求，所设计的冲天炉自动加料系统以微机(PC)和可编程序控制器(PLC)为中心。系统主要部件的功能如下：
(1) 主控计算机(PC)整个加料系统运行过程的协调和监视；生产过程中的原料加入量的采集和管理；称量误差的修正；以及铁水成分；铁水温度等其他工艺参数的记录和管理；是整个系统的核心。
(2) 可编程控制器(PLC)采用三菱公司FX2系列的PLC产品，是流程运行的控制核心，用于实现对强电信号的检测、控制信号的输出以及生产流程逻辑的控制。
(3) 控制面板包括各类流程选择、控制操作按扭以及系统各部件运行指示灯。
(4) 振动给料机由PLC通过继电器控制动作，将炉料从料库输送到称量小车。
(5) 称量小车普通的称量小车上装有单片机控制器，最大称量为500 kg，小车在轨道上的行走以及向爬式送料罐卸料动作由PLC控制小车上的电机来实现。
(6) 爬式送料罐将炉料送入冲天炉，由PLC通过继电器控制其工作。
2，控制系统构成与实现
2.1，PLC控制流程
冲天炉加料过程分成3个不同的工艺流程，作为一个有机的整体，它们都由同一个总控程序控制。在3个工艺流程中，加批料流程是最主要的。而其它2个流程其实只是该流程的一个子集，故不作介绍。
2.2，PLC控制信号
采用三菱公司FX2-48MR系列的PLC产品［4］，其具有24个输入点，24个输出点，基本可以满足系统的输入输出的需要。为了充分发挥该PLC的作用，一些信号指示灯通过电路实现控制，而不占用PLC的输出端口。系统输入包括所有的按钮、行程开关、炉号选择开关、料空信号、当前炉料称重结束信号、自动/手动切换等共23个输入信号。系统输出包括小车行走控制、小车卸料控制、5个振动给料机控制、料罐送料控制、料空超时报警信号等近20个信号。
在实现PLC自动控制的正确逻辑中，一些信号的作用特别重要。
(1) 料空信号该信号触发加料流程的启动，以实现冲天炉熔炼过程中的自动不定时加料。当冲天炉中的炉料下降到规定位置以下时，传感器向PLC发出料空信号，PLC控制程序在接到料空信号以后启动料罐送料，并开始下一个加料循环过程。
(2) 炉料称重结束信号该信号是给料机振动终止的门限信号，PLC控制程序在接收到该信号后，终止给料机的振动，并控制小车向下一个位置行走。
(3) 自动/手动切换是决定采用手工方式还是自动方式的选择信号。在手工方式下，可由手工决定加料流程：在自动方式下，生产流程将进入由相应信号自动触发的无限循环自动控制状态。
(4)料空超时报警信号为防止冲天炉内部炉料搭棚而设置的信号。冲天炉在正常工作情况下，炉料下降速度由冲天炉容量和每次加料量决定。因此，一次加料以后到料空传感器发出料空信号的时间基本上是一个常数，若超过某一时限，则可认为可能发生搭棚故障，该信号起到提示操作人员检查炉况的作用。
3计算机软件设计 在冲天炉自动加料系统中，计算机起着原料的称量值、铁水成分、温度等各种数据的采集和管理，加料配方传送、误差修正、各部件运行协调的作用。本系统计算机软件采用Power Builder 4.0编写，在Windows95环境下运行，具有界面友好、操作方便、数据管理功能完备等优点。计算机在整个系统中处于核心地位，所以它与称量仪等器件的通讯是十分重要的。在本系统中，所有通讯都通过COM接口实现，考虑到简单经济的原则，采用异步串行半双工的通讯方式。它采用标准的RS232C接口，能满足生产现场控制距离要求。为减少环境对通讯的干扰，通讯线采用较粗的屏蔽线。
4，结束语
设计了一个由微机和PLC协同工作的冲天炉自动加料控制系统，并成功地应用于实际生产中。该系统实现了加料过程的全自动控制，平时只需一人在远离一线的主控室中监视系统运行状态；与此同时，该系统保留了人工控制功能，以便在系统发生严重故障时采用人工控制维持生产。该系统能根据累计加料误差自动修正加料设定值，并对生产过程中的各种数据进行了采集与分析处理，有助于实现铸造生产全面管理的计算机化。

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