由冶金部自動(dòng)化研究院提供的應(yīng)用于沈陽沈興銅業(yè)公司、金隆銅業(yè)公司的10萬t銅電解周期反向穩(wěn)流裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，諧波濾波及補(bǔ)償裝置成套設(shè)備于1997年5月先后投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。該裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn)： 
　　(1)采用水冷短網(wǎng)同相逆并聯(lián)整流技術(shù)，有效地抑制了強(qiáng)電流下的空間強(qiáng)交變磁場，減少了干擾和換向過程的動(dòng)態(tài)磁場鐵損和渦流發(fā)熱。 
　　(2)采用阻抗裂解式整流變壓器技術(shù)，整流效率達(dá)98％，增加了短路阻抗，可靠性高。 
　　(3)采用3in(7.62cm)大功率晶閘管的并聯(lián)技術(shù)，減少并聯(lián)數(shù)，使裝置結(jié)構(gòu)簡化，均流系數(shù)>85％。 
　　(4)采用在線電流自動(dòng)周期反向技術(shù)，提高電流密度和產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率。 
　　(5)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓和穩(wěn)流技術(shù)，穩(wěn)流精度<1％ 
　　(6)裝置容量額定輸出電流40kA，輸出電壓0～250V。 
　　(7)功率因數(shù)由0.68提高到0.98，使注入電網(wǎng)的諧波電流、諧波電壓限制在國標(biāo)GB/T1454993規(guī)定值以內(nèi)。 
1　10萬t銅電解周期反向穩(wěn)流裝置 
1.1　工藝概述 
　　10萬t銅電解是我國目前規(guī)模zui大的銅電解設(shè)備，周期反向電解是銅電解的一種新工藝，它是在沉浸于硫酸銅酸性溶液電解槽中的銅陽極(正極)和銅陰極(負(fù)極)之間施加電壓，銅從陽極電化溶解入溶液中，產(chǎn)生銅離子和電子，其電子經(jīng)整流設(shè)備輸送到陰極，溶液中的銅離子遷移到負(fù)極(陰極)，電子和銅離子陰極表面重新結(jié)合，產(chǎn)生金屬銅而沉淀在陰極。銅離子在電解液中的遷移過程，需要在銅陽極和陰極間外加電壓。工業(yè)電解槽是澆灌的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，電解槽彼此串聯(lián)構(gòu)成槽列，每組槽列(26～40個(gè)電解槽)是獨(dú)立部分，電力和化學(xué)方面自成單元，便于電極的裝槽、出槽，槽底清除陽極泥及電解槽的維修。各槽列的電路串聯(lián)，使得槽列組合的總電壓在100～250V。在槽串統(tǒng)中，相鄰槽的陰極和陽極直接連接(即電位相同)，即將陰極掛桿放在鄰槽陽極掛耳的溝槽內(nèi)，或?qū)⒁徊鄣年帢O和鄰槽的陽極放在共用的配電銅排上，構(gòu)成串聯(lián)回路。采用周期反向電解可以解決陽極鈍化和減少極間短路，大幅度提高極限電流密度，使直流電的方向周期地短時(shí)反向(正向0～200s，反向0～10s)，可在電流密度達(dá)400A/時(shí)操作不出現(xiàn)陽極鈍化現(xiàn)象，從而提高電解銅質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于電解生產(chǎn)為連續(xù)式，分槽出電解銅，出銅時(shí)既不能使回路開路又不能帶電出銅，因此，必須控制負(fù)載短路器的接通或斷開，出銅槽的短路器閉合，其它槽的斷開。電解銅生產(chǎn)一般設(shè)有種板電解、生產(chǎn)電解和凈液電解系統(tǒng)。 
1.2　可控整流穩(wěn)流裝置 
　　可控整流穩(wěn)流裝置由阻抗裂解式整流變壓器、純水冷卻晶閘管整流主柜、控制柜、操作臺(tái)、無功補(bǔ)償和諧波濾波器及監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。整流變壓器采用了特殊的四位一體的阻抗裂解式整流變壓器，含有有載調(diào)壓開關(guān)，雙同相逆并聯(lián)變壓器，穿心式平衡電抗器，高壓電流互感器，保護(hù)裝置及油浸體外水冷卻系統(tǒng)。具有交流調(diào)壓、變壓、負(fù)荷平衡等功能。整流變壓器和功率變換柜的連接采用短網(wǎng)連接，從外表看似一體結(jié)構(gòu)。整流穩(wěn)流裝置控制系統(tǒng)采用大板控制系統(tǒng)，所有控制功能被集成在一塊印刷板上，完成電流閉環(huán)相位控制和無環(huán)流邏輯控制，主回路采用冶金部自動(dòng)化研究院生產(chǎn)的3in(7.62cm)晶閘管，構(gòu)成雙雙反星帶平衡電抗器的同相逆并聯(lián)接線供電，解決了強(qiáng)電流系統(tǒng)引起的強(qiáng)磁渦流發(fā)熱問題。高次諧波濾波及無功補(bǔ)償裝置，使負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波電壓、諧波電流被抑制在國標(biāo)規(guī)定值內(nèi)，提高了功率因數(shù)。 
2　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 
2.1　系統(tǒng)硬件組成 
　　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由PLC、PC及打印機(jī)組成，硬件配置如圖1所示。PLC采用美國AB公司的SLC5/04，相應(yīng)于生產(chǎn)反向電解、種板電解和凈液電解系統(tǒng)，各配備有一個(gè)A13槽架和相應(yīng)的控制模板。系統(tǒng)配有編程器，SLC500/4321747-L542主機(jī)，1746-P4電源板，1746-IB16輸入模板，1746-OB16輸出模板，1746-OW16繼電器輸出模板，1746-NI4模擬量輸入模板，1746-NO4V模擬量輸出模板，1784-KT接口卡，1746-A13槽架，DH＋通信電纜1770-CD及1784-CP8編程電纜。PC機(jī)和PLC間通信采用美國AB公司的通信接口模板，實(shí)現(xiàn)DH＋協(xié)議下的通信。PC機(jī)配有CRT畫面監(jiān)控和打印機(jī)，設(shè)有與上位機(jī)通信接口DH＋網(wǎng)。 
2.2　主要功能 
　　本系統(tǒng)具有以下功能：(1)借助于CRT和鍵盤對設(shè)定參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和在線修改。(2)數(shù)據(jù)采集和記錄。采集電解過程中電壓、電流、有載開關(guān)檔位等，在CRT上用棒圖、表格等形式進(jìn)行顯示，以便操作人員了解生產(chǎn)運(yùn)行情況，同時(shí)還可形成記錄文件以備將來查閱。(3)故障報(bào)警。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視各故障點(diǎn)，被監(jiān)視的故障有主柜冷卻水系統(tǒng)溫度、壓力、流量、水質(zhì)故障；變壓器溫度、瓦斯、油流故障；控制系統(tǒng)電源，同步電源，U2系統(tǒng)等故障；主回路晶閘管、熔斷器、保護(hù)元件等故障。(4)打印生產(chǎn)報(bào)表。(5)自動(dòng)調(diào)壓。
2.3　系統(tǒng)軟件 
　　PLC控制系統(tǒng)編程軟件采用AB公司的9323-PA2EAPSrelease6.01編程軟件包，它具有樹狀結(jié)構(gòu)菜單提示，多種靈活的指令輸入方法和編輯功能，豐富的指令和運(yùn)算功能，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)者的編程時(shí)間，提高了系統(tǒng)的功能。計(jì)算機(jī)工作站使用AB公司的RSviewworks300畫面軟件，如圖3所示。它是一種在Windows95支持下的實(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)控軟件，具有模塊式設(shè)計(jì)，開放式結(jié)構(gòu)和多窗口顯示等特點(diǎn)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和批處理。菜單提示各種組態(tài)方便直觀，是一種界面友好的理想的人機(jī)接口軟件。本控制系統(tǒng)在監(jiān)控操作站上編制了較為完善的監(jiān)控畫面，采用菜單式驅(qū)動(dòng)，在主菜單下顯示參數(shù)設(shè)置畫面、生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)畫面、故障報(bào)警畫面和進(jìn)行報(bào)表打印及電量計(jì)算等。 
 　　主要程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。運(yùn)行控制邏輯主要完成電解整流裝置設(shè)備起動(dòng)之前的初始狀態(tài)管理、運(yùn)行和停止的聯(lián)鎖條件，包括RUNG2∶00～2∶15共16條梯級(jí)。給定控制邏輯中的電流設(shè)定值來自傳動(dòng)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的值，可編程序控制器只是發(fā)邏輯指令讓傳動(dòng)系統(tǒng)使用該設(shè)定值，包括RUNG2∶16～2∶26共11條梯級(jí)。故障管理分為重故障和輕故障兩種，對出現(xiàn)重故障時(shí)如變壓器瓦斯、冷卻水?dāng)嗨?a href=http://rlq.gkzhan.com title=熔斷器 target=_blank>熔斷器熔斷等則要求先封脈沖，延時(shí)跳高壓斷路器；出現(xiàn)輕故障時(shí)只要求警報(bào)器報(bào)警。故障排除后用復(fù)位按鈕解除，包括RUNG2∶27～2∶55共29條梯級(jí)。有載開關(guān)管理包括RUNG2∶56～2∶81共26條梯級(jí)。負(fù)載短路器的狀態(tài)由電解現(xiàn)場輸入，當(dāng)PLC得到負(fù)載短路器請求切換的信號(hào)時(shí)，PLC向現(xiàn)場發(fā)出可切換指令，同時(shí)封鎖脈沖，在畫面上顯示各短路器狀態(tài)，包括RUNG2∶82～2∶93共12條梯級(jí)。模擬量輸入/輸出管理有RUNG2∶94～2∶103共10條梯級(jí)。 
 
3　結(jié)束語 
　　該系統(tǒng)在沈興和金隆銅業(yè)10萬t銅電解設(shè)備上投入運(yùn)行至今，運(yùn)行狀況良好，性能穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品合格率、生產(chǎn)率和整流效率，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)代*水平，是理想的大型電解可控整流穩(wěn)流裝置。該裝置可以在有色電解及電爐冶煉領(lǐng)域大力推廣應(yīng)用。