P L C及自動控制系統(tǒng)在煉鋼廠行車上的應(yīng)用

楊智東

（武鋼集團(tuán)安寧分公司第三煉鋼廠，云南安寧 650302）

1 概述

昆鋼煉鋼廠行車自1992年11月建廠投產(chǎn)以來，行車控制系統(tǒng)全部都是采用20世紀(jì)70～80年代接觸器控制的電力拖動系統(tǒng)來完成，隨著煉鋼工藝的改變，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，設(shè)備的作業(yè)率越來越高，設(shè)備的故障和損壞率頻繁。因?yàn)樯a(chǎn)的節(jié)奏取決于行車的利用率和效率，整個工藝的完成都需要行車的協(xié)調(diào)和配合，某一輛行車或幾輛行車出現(xiàn)故障或損壞，生產(chǎn)將不能連續(xù)進(jìn)行。

為了降低故障，減少設(shè)備的損壞率，特別是大板坯連鑄工藝較先進(jìn)，每爐鋼澆鑄時間為10多分鐘，并且時間還在不斷縮短，能吊裝大板坯鋼水的-7#行車只有一輛，廠房高度有30多米，一旦行車出現(xiàn)故障，生產(chǎn)只能終止，連鑄斷澆，鋼水報(bào)廢回爐，造成生產(chǎn)材料的大量浪費(fèi)，生產(chǎn)成本增高。

針對這一問題和我們提出的合理化建議，淘汰落后的設(shè)備和技術(shù)，2007年我廠決定從-7#行車開始逐步升級改造全廠和生產(chǎn)工藝有緊密相連的行車。結(jié)合我廠的實(shí)際情況分析和研究，結(jié)合PLC在煉鋼廠各個領(lǐng)域的廣泛使用，決定采用西門子公司中型PLC-300的自動控制系統(tǒng)，簡化行車的控制線路。為了降低改造成本，所有機(jī)構(gòu)的電機(jī)和機(jī)械傳動部分，動力電纜全部保留原用，加裝PLC和調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動裝置，并且一備一用。通過5年的不斷努力，現(xiàn)在已有4臺100t行車和1臺15t+15t行車完成改造。本文僅對PLC-300和調(diào)壓調(diào)速的應(yīng)用進(jìn)行論述。

2 P L C自動控制和調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

西門子公司的PLC在我廠已經(jīng)廣泛應(yīng)用，性能穩(wěn)定且具有高可靠性能，眾所周知，只要做好防塵，降溫的工作，作為行車的自動控制鏈接應(yīng)該是沒有問題。其次又引進(jìn)了大連美恒的調(diào)壓調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動裝置，其優(yōu)點(diǎn)是不用更換電機(jī)，原用老電機(jī)的情況下，能保證調(diào)壓調(diào)速的穩(wěn)定運(yùn)行，減小機(jī)械沖擊，機(jī)械的使用周期延長近一倍。

為了降低改造成本，整個改造計(jì)劃，電氣設(shè)備的安裝、調(diào)試都由煉鋼廠和新進(jìn)設(shè)備廠家技術(shù)人員共同完成。由于小鉤作業(yè)率不高，采用PLC程序自動控制程序直接控制接觸器完成。由于全部電氣設(shè)備都在行車大梁里，為了減少控制電纜，PLC控制方式采用一個主站和一個從站兩個站完成，行車駕駛室設(shè)置了一個從站，行車大梁里安裝主站。兩個站采用時下最可靠的PROFIBUS-DP總線控制系統(tǒng)完成站間通訊，主站由PLC-300315-2DP作為系統(tǒng)主站，通過IM-315模塊作為通訊接口模塊，主站采用了8個輸入模塊和8個輸出模塊采集各個系統(tǒng)控制屏的動作反饋信號，通過內(nèi)部程序處理，傳送控制指令到各個控制單元進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速，驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行平穩(wěn)慢速或快速的起升和下降調(diào)運(yùn)鋼水作業(yè)。所有控制單元都引反饋進(jìn)入PLC模塊，讓PLC程序判斷運(yùn)行單元的工作可靠性。一旦出現(xiàn)異常，立即封鎖輸出，并報(bào)出故障代碼到駕駛室顯示，切除故障單元，啟用備用單元投入工作，完成行車工作的連續(xù)性，減少熱停機(jī)時間。

從站 由從站CPU模塊控制4個輸入模塊和一個輸出模塊組成。輸入模塊接收駕駛員用聯(lián)動臺發(fā)出的多組控制字，經(jīng)過程序處理，在通過一根PROFIBUS-DP總線（通訊電纜專用屏蔽雙絞線），傳送給在行車大梁的主站CPU 315-2DP進(jìn)行程序處理，分別發(fā)出控制信號給各個控制屏驅(qū)動單元。

由于采用了PROFIBUS-DP總線通訊，從駕駛室的聯(lián)動臺到電氣室的主PLC只用了一路電源線和一根雙芯雙絞，并且?guī)帘蔚耐ㄓ嶋娎|。簡化了控制線路的結(jié)構(gòu)節(jié)約了電纜成本，所有控制邏輯由PLC-315-2DP的CPU來完成，取代了老舊的復(fù)雜的控制線路，行車PLC控制系統(tǒng)如圖1。

圖1 行車P L C控制系統(tǒng)圖

通過圖1中就可以看到在行車駕駛室設(shè)計(jì)了一塊模塊，編寫一段程序就可以專門用來顯示故障信息，此段程序用來掃描整輛行車所涉及到的各種空氣開關(guān)、繼電器、接觸器、各種安全限位、門開關(guān)、超重開關(guān)等等。當(dāng)行車由于某一處電氣故障，使行車停機(jī)，駕駛員立刻可以看到代碼，通過代碼，檢修維護(hù)人員就可以查到故障點(diǎn)在什么位置，切換備用后，在行車不停機(jī)的情況下立刻可以對故障的電氣設(shè)備進(jìn)行檢修。

3 調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

THYROMAT-BCC數(shù)字（通訊）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)是一個電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)。是美恒公司利用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)和可控硅技術(shù)而開發(fā)推出的專門用于控制行車各機(jī)構(gòu)上運(yùn)行的各種三相異步繞線式電動機(jī)的專業(yè)產(chǎn)品，采用高清液晶屏，內(nèi)置高質(zhì)量漢化芯片，通訊智能芯片，支持PROFIBUS現(xiàn)場通訊總線協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制與監(jiān)控管理。又分為功率調(diào)速單元，無電流換向、轉(zhuǎn)子電阻切除單元，轉(zhuǎn)子頻率反饋單元，電流反饋單元，輸入指令控制單元幾個部分組成。

在PLC指令到達(dá)裝置后，裝置會先運(yùn)行安全監(jiān)控電路監(jiān)測電機(jī)相位是否錯誤，是否有嚴(yán)重的不平衡，低電壓等。這時給電機(jī)建立一個力矩，力矩與定子電壓的平方成正比（T∝U2）確保所吊重物不下滑的同時，才讓電機(jī)負(fù)重，抱閘才打開，這時重型負(fù)載拖著電機(jī)慢速下降，通過PLC給的控制指令，控制調(diào)壓調(diào)速功率單元調(diào)整電機(jī)定子電壓，再通過從電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子反饋的轉(zhuǎn)子頻率信號，和定子電流信號，及時調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后切換到電機(jī)再生發(fā)電制動的平穩(wěn)下降狀態(tài)。多余的電能反饋會電網(wǎng)，又能在下降過程中快速或慢速下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置PLC控制指令停止，電機(jī)先快速克服下降力矩減速，待轉(zhuǎn)速接近為零時，抱閘立即鎖閉，完成整個控制過程。上升也同樣如此。當(dāng)輕鉤下降時，裝置會檢測電機(jī)力矩和電機(jī)電流，自動調(diào)整輸出電流強(qiáng)迫電機(jī)下降或上升操作。

由于系統(tǒng)控制是沿斜坡加速和減速的，這樣控制的好處是減小電機(jī)或負(fù)載對機(jī)械傳動齒輪的沖擊，用電機(jī)先電制動，在鎖閉抱閘，大大減少抱閘剎片和制動輪的損耗，又能可靠制動，延長機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。行車調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)如圖2。

圖2 行車調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)圖

裝置的重級工作制（吊運(yùn)額定載荷的比率在40%）

(1)特性：

每小時啟動次數(shù)：150次～600次

接電持續(xù)率:60%

最高環(huán)境溫度:60℃

海拔高度:＜1500 m

對應(yīng)起重機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)BS466:1984,M5到M8起重工作等級。

(2)適用工作場所

爐前各類起重機(jī)

生產(chǎn)線上起重機(jī)

加料起重機(jī)

鍛造起重機(jī)

鑄造起重機(jī)

澆鑄用起重機(jī)

煉鋼廠重級工作起重機(jī)

料場電磁起重機(jī)

廢鋼場電磁起重機(jī)

造船用起重機(jī)

脫碇起重機(jī)

注模轉(zhuǎn)運(yùn)起重機(jī)

行車所有平移機(jī)構(gòu)都采用此調(diào)壓調(diào)速裝置，當(dāng)PLC發(fā)出的控制指令減小或停止時在馬上反方向給出運(yùn)行指令時，調(diào)壓調(diào)速裝置先電制動減速到電機(jī)轉(zhuǎn)速接近為零時，換向單元工作換向并給出反向電機(jī)力矩讓電機(jī)平穩(wěn)反向運(yùn)行，大大減小行車調(diào)運(yùn)重物的運(yùn)動慣性。也減小了由于慣性對機(jī)械傳動齒輪的沖擊。減少了制動襯瓦的磨損，機(jī)械磨損。

4 改造后的應(yīng)用效果

通過從2007年對-7#第一臺100 t行車的改造，到逐年對 7#車 100 t，2#車 100 t，8#車 100 t，4#車15 t+15 t，5臺行車的改造，到今年2012年，行車的備件費(fèi)用大大減低，例如：原來100 t行車主鉤5到六天要更換一次襯瓦，現(xiàn)在根據(jù)磨損情況，15天到30天才更換一次，原來幾個月要燒一臺電機(jī)，現(xiàn)在半年到一年電機(jī)都沒有換過，原來每個月都要對行車接觸器主觸頭進(jìn)行全面更換，每次都是更換幾十對各種容量的觸頭，現(xiàn)在已經(jīng)節(jié)省了這筆費(fèi)用，行車的大修時間也延長。除了一些小的因素，比如未更換的老電纜短路，接地、等等?；拘熊嚨墓收下时纫郧坝忻黠@的降低。減少了熱停工時間，降低了因行車問題引起的回爐事故，使煉鋼的工藝進(jìn)程加快，逐漸滿足生產(chǎn)的需要。

每一次完成改造，都是利用現(xiàn)有的老設(shè)備，在不更換電機(jī)，電纜和機(jī)械傳動系統(tǒng)的情況下，利用自己本廠的技術(shù)力量和人員，在不請外援，自己公關(guān)的基礎(chǔ)上，利用每年全停產(chǎn)大修的幾天時間，分別對每臺行車進(jìn)行全面的電氣化升級改造，并能夠很快的的投入使用。各種安全裝置連鎖保護(hù)比以前更加齊備，可靠。減輕了行車駕駛員和行車維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，降低了設(shè)備的維護(hù)成本和備件數(shù)量，提高了行車的利用率，保證了后續(xù)生產(chǎn)的順利進(jìn)行?？萍荚诓粩嗟母?lián)Q代，我們還要借鑒更多的新技術(shù)，引用變頻器，網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等等到行車上。讓行車更加可靠，安全，穩(wěn)定的運(yùn)行。為搞好生產(chǎn)提供一流的服務(wù)。

[1]曾毅,王效良,吳皓,張朝平編著.調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版2004.4.