淺談天車自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

摘 要：冶金天車在高溫、粉塵復(fù)雜的環(huán)境下工作時(shí)間過長(zhǎng)，電氣設(shè)備老化，且控制系統(tǒng)不精確，不完善，導(dǎo)致天車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的事故率增加，影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。通過優(yōu)化天車的電氣控制系統(tǒng)，降低事故率，保障生產(chǎn)連續(xù)性。該項(xiàng)目主要技術(shù)內(nèi)容為在我廠原有天車電器備件的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制優(yōu)化，通過參考國內(nèi)外先進(jìn)天車的控制技術(shù)，以及我廠擁有的高自動(dòng)化天車技術(shù)為此次優(yōu)化項(xiàng)目提供可靠的可行性。

關(guān)鍵詞：冶金天車；PLC控制；雙重保護(hù)

1 總體概況

一鋼軋廠現(xiàn)有天車80部，直接參與從鐵水到鋼材成品的全部生產(chǎn)過程，其中鋼區(qū)擁有40部，加料跨負(fù)責(zé)鐵水直兌轉(zhuǎn)爐兌鐵、精煉跨負(fù)責(zé)精煉上鋼、坯跨負(fù)責(zé)鋼坯運(yùn)輸、渣跨負(fù)責(zé)鋼渣處理等的重要任務(wù)。天車的連續(xù)作業(yè)性直接影響到成品鋼材的質(zhì)量以及生產(chǎn)線的產(chǎn)量。所以天車的可運(yùn)行率顯得尤為重要。混鐵爐跨有29#、30#、31#三部天車，每部天車負(fù)責(zé)一個(gè)轉(zhuǎn)爐的鐵水直兌任務(wù)，是我廠的第一道工序，如果一部天車遇到突發(fā)故障而沒能及時(shí)進(jìn)行兌鐵，轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等后面的一系列工序無法進(jìn)行而不得以停爐停機(jī)。

一鋼軋廠混鐵爐跨環(huán)境惡劣，溫度高，粉塵大，電器倉密封性差，而且天車電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度變化大，對(duì)于平凡使用而且年代相對(duì)較遠(yuǎn)的傳統(tǒng)天車產(chǎn)生的影響更為突出，目前天車電器設(shè)備存在以下問題：一鋼軋廠共有百噸以上天車10部，傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)中的接觸器和繼電器等電器設(shè)備使用壽命短，接觸器線圈經(jīng)常由于短路、過熱等情況燒毀，電動(dòng)機(jī)在沒有準(zhǔn)確的電氣系統(tǒng)控制下，不能發(fā)揮出正常功能，所以在起升或行車的過程中，電機(jī)調(diào)速功能以及反接制動(dòng)功能不精確，出現(xiàn)溜鉤、撞車等安全隱患；電氣自動(dòng)化程度不高，由于人為因素誤操作導(dǎo)致撞車、頂鉤現(xiàn)象發(fā)生的發(fā)生；在天車遇到突發(fā)故障時(shí)，天車操作人員與維修人員不能在最短時(shí)間恢復(fù)天車正常運(yùn)行，影響生產(chǎn)節(jié)奏更嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致停產(chǎn)。所以精確天車運(yùn)行，發(fā)揮各機(jī)械傳動(dòng)功能非常緊迫。項(xiàng)目正式實(shí)施后，由于增加改善了PLC控制系統(tǒng)，重錘限位具有更靈敏更精確的特性，徹底杜絕頂鉤這一嚴(yán)重安全隱患。更加完善的零位保護(hù)系統(tǒng)和主鉤、副鉤優(yōu)化系統(tǒng)，不會(huì)產(chǎn)生無控行車、無控起升所產(chǎn)生的撞車、全車斷電、重物撞擊地面設(shè)備，對(duì)地面人員環(huán)境安全設(shè)施有安全保障，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定的進(jìn)行。

2 整體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)概述

利用PLC控制系統(tǒng)，PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，C在電子線路主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路，在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施。PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用型強(qiáng)，編程方便，易于使用；并且功能完善，設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短，體積小維護(hù)操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在天車突發(fā)故障時(shí)，可以首先通過PLC模塊中各個(gè)輸入輸出LED指示燈判斷出故障點(diǎn)，大大縮短了維修工處理突發(fā)故障時(shí)處理的時(shí)間，對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性有了可靠的保障。通過從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查詢國內(nèi)外先進(jìn)百噸以上PLC電氣控制天車、查閱關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)書籍、參考一鋼軋廠18#天車電氣控制方式、保護(hù)方式，再結(jié)合天車原有的PLC中CPU模塊、主站與子站的輸入輸出模塊、中間繼電器備用情況，控制系統(tǒng)電路圖、重點(diǎn)對(duì)保護(hù)盤電路控制進(jìn)行研究，通過設(shè)計(jì)與研究，一些先進(jìn)天車的電氣操作系統(tǒng)部分功能完全可以運(yùn)用到此天車，對(duì)保護(hù)盤硬件與系統(tǒng)程序再次分析后，決定對(duì)保護(hù)盤整改具有可行性。首先準(zhǔn)備工作占此次整改工作的80%，不需要占用生產(chǎn)時(shí)間來完成，在工作室內(nèi)就可以進(jìn)行程序的編寫，硬件組態(tài)等，大大節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間；其次，根據(jù)原廠電器系統(tǒng)配置，起升機(jī)構(gòu)和行車機(jī)構(gòu)都由PLC系統(tǒng)控制，PLC模塊中有預(yù)留的備用輸入輸出接口，無需加裝PLC模塊及中間繼電器插槽，所以利用PLC系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制方式顯得非常重要。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1 優(yōu)化天車停送電操作方式

對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)盤電路圖分析，通過編寫PLC程序可以實(shí)現(xiàn)原車保護(hù)盤的所有功能。原車?yán)^電控制系統(tǒng)通過緊急開關(guān)控制中間接觸器，中間接觸器再控制主電源，控制方式雖然簡(jiǎn)單，但安全性較低，而整改后的停送電方式控制設(shè)備升級(jí)，變?yōu)閱?dòng)和停止紅綠兩個(gè)按鈕開關(guān)，增加急停按鈕，方便在無法控制天車時(shí)，緊急斷電。把大繼電器更改為安全電壓內(nèi)的LED指示燈繼電器，更換直接拔插，節(jié)約搶修時(shí)間。控制點(diǎn)增加，在停送電操作時(shí)安全性能大大提高。

2.2.2 優(yōu)化天車起升系統(tǒng)限位

增加重錘限位，原本天車只有一級(jí)限位，安裝在主鉤副鉤滾筒附近，與滾筒同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)有安裝齒輪結(jié)構(gòu)在上升到限位高度觸電彈開，主鉤停止上升。但由于齒輪及觸電工作可靠性不高，偶爾會(huì)發(fā)生失靈或者沒有在限位高度彈開觸點(diǎn)，存在極不安全的隱患，所以增加重錘限位，短封天車一級(jí)限位，指揮天車點(diǎn)動(dòng)上升到一級(jí)限位，由天車工與維修工確定二級(jí)限位高度，在主鉤滾筒處向下垂吊重錘限位，固定與接線，在重錘處安裝U型固定支架，套在主鉤鋼絲繩上，防止重錘擺動(dòng)。

在一級(jí)限位上20cm位置安裝重錘，主鉤鉤頭輪頂?shù)街劐N出發(fā)開關(guān)直接控制總斷路器停止工作，防止頂鉤現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.3 增加天車零位保護(hù)

優(yōu)化系統(tǒng)前，天車停送電工作是隨時(shí)進(jìn)行，各操作單元不必在零位時(shí)就可進(jìn)行送電工作，當(dāng)天車處于長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)后，由于各種原因有可能導(dǎo)致控制器不在零位，天車操作人員在吊運(yùn)任務(wù)下達(dá)后，直接投入吊運(yùn)工作，進(jìn)行送電，不在零位的機(jī)構(gòu)會(huì)突然產(chǎn)生負(fù)荷，進(jìn)行動(dòng)作，有可能導(dǎo)致大車撞車、小車失控、起升裝置觸發(fā)上升或下降限位，碰撞到地面人員及設(shè)備。

天車操作聯(lián)動(dòng)臺(tái)自帶零位觸電，在零位時(shí)處于接通狀態(tài)，而運(yùn)行命令則處于斷開狀態(tài)，只有在零位進(jìn)行送電工作是才不會(huì)導(dǎo)致天車的誤動(dòng)作，所以將天車起升機(jī)構(gòu)、行車機(jī)構(gòu)零位點(diǎn)全部串聯(lián)到一起，并控制天車的送電系統(tǒng)才不會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作的產(chǎn)生。

3 效果影響

在完成以上優(yōu)化和改進(jìn)后，31#天車沒有出現(xiàn)由于保護(hù)盤無法送電而引起的天車突然停車情況，沒有出現(xiàn)由于天車斷電引起的撞車，溜鉤現(xiàn)象。當(dāng)31#天車出現(xiàn)故障時(shí)，維修時(shí)間大大縮短，處理突發(fā)事故的時(shí)間由原來的平均8分鐘縮短到4分鐘。通過觀看PLC控制屏的繼電器工作狀態(tài)與主站從站的輸入、輸出信號(hào)能在最短的時(shí)間內(nèi)找到故障的所在，并及時(shí)處理。增加零位保護(hù)系統(tǒng)之前，天車在送電之后，由于控制器沒有處于零位而引起天車無控狀態(tài)行車，主鉤、副鉤上升無控上升下降。增加零位保護(hù)系統(tǒng)后，所有控制器只有在零位時(shí)才能送點(diǎn)，沒有出現(xiàn)過鐵水鋼包撞擊墻面或者撞擊下方設(shè)備人員情況。加裝主鉤、副鉤系統(tǒng)優(yōu)化功能，由于天車環(huán)境惡劣，主鉤、副鉤限位線時(shí)常會(huì)出現(xiàn)斷裂接地等現(xiàn)象，通過優(yōu)化，在天車主鉤、副鉤只能下降不能上升的情況下，天車工只需同時(shí)按下聯(lián)動(dòng)臺(tái)優(yōu)化按鈕，可以保證主鉤順利起升一段距離，不會(huì)影響緊張的生產(chǎn)節(jié)奏，給維修工作贏得了搶修時(shí)間。將重錘限位寫入PLC程序，可以時(shí)刻知道重錘限位的工作情況，避免了由于重錘限位失靈引發(fā)的安全隱患。