P L C及自動控制系統在煉鋼廠行車上的應用

楊智東

（武鋼集團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月建廠投產以來，行車控制系統全部都是采用20世紀70～80年代接觸器控制的電力拖動系統來完成，隨著煉鋼工藝的改變，生產節奏越來越快，設備的作業率越來越高，設備的故障和損壞率頻繁。因為生產的節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調和配合，某一輛行車或幾輛行車出現故障或損壞，生產將不能連續進行。

為了降低故障，減少設備的損壞率，特別是大板坯連鑄工藝較先進，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，一旦行車出現故障，生產只能終止，連鑄斷澆，鋼水報廢回爐，造成生產材料的大量浪費，生產成本增高。

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

2 P L C自動控制和調壓調速系統的應用

西門子公司的PLC在我廠已經廣泛應用，性能穩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該是沒有問題。其次又引進了大連美恒的調壓調速的電機驅動裝置，其優點是不用更換電機，原用老電機的情況下，能保證調壓調速的穩定運行，減小機械沖擊，機械的使用周期延長近一倍。

為了降低改造成本，整個改造計劃，電氣設備的安裝、調試都由煉鋼廠和新進設備廠家技術人員共同完成。由于小鉤作業率不高，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總線控制系統完成站間通訊，主站由PLC-300315-2DP作為系統主站，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控制屏的動作反饋信號，通過內部程序處理，傳送控制指令到各個控制單元進行調壓調速，驅動電機進行平穩慢速或快速的起升和下降調運鋼水作業。所有控制單元都引反饋進入PLC模塊，讓PLC程序判斷運行單元的工作可靠性。一旦出現異常，立即封鎖輸出，并報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性，減少熱停機時間。

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動臺發出的多組控制字，經過程序處理，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進行程序處理，分別發出控制信號給各個控制屏驅動單元。

由于采用了PROFIBUS-DP總線通訊，從駕駛室的聯動臺到電氣室的主PLC只用了一路電源線和一根雙芯雙絞，并且帶屏蔽的通訊電纜。簡化了控制線路的結構節約了電纜成本，所有控制邏輯由PLC-315-2DP的CPU來完成，取代了老舊的復雜的控制線路，行車PLC控制系統如圖1。

圖1 行車P L C控制系統圖

通過圖1中就可以看到在行車駕駛室設計了一塊模塊，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、繼電器、接觸器、各種安全限位、門開關、超重開關等等。當行車由于某一處電氣故障，使行車停機，駕駛員立刻可以看到代碼，通過代碼，檢修維護人員就可以查到故障點在什么位置，切換備用后，在行車不停機的情況下立刻可以對故障的電氣設備進行檢修。

3 調壓調速系統

THYROMAT-BCC數字（通訊）調壓調速系統是一個電機驅動控制系統。是美恒公司利用現代數字技術和可控硅技術而開發推出的專門用于控制行車各機構上運行的各種三相異步繞線式電動機的專業產品，采用高清液晶屏，內置高質量漢化芯片，通訊智能芯片，支持PROFIBUS現場通訊總線協議，實現電機控制與監控管理。又分為功率調速單元，無電流換向、轉子電阻切除單元，轉子頻率反饋單元，電流反饋單元，輸入指令控制單元幾個部分組成。

在PLC指令到達裝置后，裝置會先運行安全監控電路監測電機相位是否錯誤，是否有嚴重的不平衡，低電壓等。這時給電機建立一個力矩，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，才讓電機負重，抱閘才打開，這時重型負載拖著電機慢速下降，通過PLC給的控制指令，控制調壓調速功率單元調整電機定子電壓，再通過從電機轉子和定子反饋的轉子頻率信號，和定子電流信號，及時調整電機轉速，最后切換到電機再生發電制動的平穩下降狀態。多余的電能反饋會電網，又能在下降過程中快速或慢速下降。當到達指定位置PLC控制指令停止，電機先快速克服下降力矩減速，待轉速接近為零時，抱閘立即鎖閉，完成整個控制過程。上升也同樣如此。當輕鉤下降時，裝置會檢測電機力矩和電機電流，自動調整輸出電流強迫電機下降或上升操作。

由于系統控制是沿斜坡加速和減速的，這樣控制的好處是減小電機或負載對機械傳動齒輪的沖擊，用電機先電制動，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，延長機械系統的使用壽命。行車調壓調速系統如圖2。

圖2 行車調壓調速系統圖

裝置的重級工作制（吊運額定載荷的比率在40%）

(1)特性：

每小時啟動次數：150次～600次

接電持續率:60%

最高環境溫度:60℃

海拔高度:＜1500 m

對應起重機應用標準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

生產線上起重機

加料起重機

鍛造起重機

鑄造起重機

澆鑄用起重機

煉鋼廠重級工作起重機

料場電磁起重機

廢鋼場電磁起重機

造船用起重機

脫碇起重機

注模轉運起重機

行車所有平移機構都采用此調壓調速裝置，當PLC發出的控制指令減小或停止時在馬上反方向給出運行指令時，調壓調速裝置先電制動減速到電機轉速接近為零時，換向單元工作換向并給出反向電機力矩讓電機平穩反向運行，大大減小行車調運重物的運動慣性。也減小了由于慣性對機械傳動齒輪的沖擊。減少了制動襯瓦的磨損，機械磨損。

4 改造后的應用效果

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，現在根據磨損情況，15天到30天才更換一次，原來幾個月要燒一臺電機，現在半年到一年電機都沒有換過，原來每個月都要對行車接觸器主觸頭進行全面更換，每次都是更換幾十對各種容量的觸頭，現在已經節省了這筆費用，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。基本行車的故障率比以前有明顯的降低。減少了熱停工時間，降低了因行車問題引起的回爐事故，使煉鋼的工藝進程加快，逐漸滿足生產的需要。

每一次完成改造，都是利用現有的老設備，在不更換電機，電纜和機械傳動系統的情況下，利用自己本廠的技術力量和人員，在不請外援，自己公關的基礎上，利用每年全停產大修的幾天時間，分別對每臺行車進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比以前更加齊備，可靠。減輕了行車駕駛員和行車維護人員的勞動強度，降低了設備的維護成本和備件數量，提高了行車的利用率，保證了后續生產的順利進行。科技在不斷的更新換代，我們還要借鑒更多的新技術，引用變頻器，網絡在線監控技術，計算機技術等等到行車上。讓行車更加可靠，安全，穩定的運行。為搞好生產提供一流的服務。

[1]曾毅,王效良,吳皓,張朝平編著.調速控制系統的設計與維護[M].濟南:山東科學技術出版2004.4.