摘 要:本文簡(jiǎn)要介紹了PLC在高爐卷?yè)P(yáng)上料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　 關(guān)鍵詞:卷?yè)P(yáng)上料小車 ZLK控制器 變頻調(diào)速器 可編程控制器（PLC）
　　Abstract:This paper briefly introduces the application of PLC on automatic control system of the hoisting feeder.
　　Keyword:hoisting feeder ZLK controller frequency converter programmable controller
　　
　　
　　1 概述
　　高爐卷?yè)P(yáng)上料小車是活性石灰豎爐及其它工業(yè)豎爐的主要生產(chǎn)設(shè)備之一。廣泛用于冶金、有色行業(yè)等。卷?yè)P(yáng)上料小車在整個(gè)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,該設(shè)備能否正常運(yùn)行直接影響高爐爐況、產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。我廠石灰爐高40米，料車軌道長(zhǎng)45米，根據(jù)石灰豎爐生產(chǎn)工藝要求，啟動(dòng)載料小車的首斗上升按扭信號(hào)后，卷?yè)P(yáng)電機(jī)控制載料小車按低速運(yùn)行。運(yùn)行約10S后載料小車上升速度由低速變高速，到頂前約10S載料小車上升速度由高速變低速，載料小車到頂?shù)沽蠒r(shí)間約20S，到底4S后開始啟動(dòng)長(zhǎng)短皮帶下料，料滿后開始第二個(gè)周期過(guò)程。整個(gè)上料周期根據(jù)爐況及產(chǎn)量而進(jìn)行調(diào)整。載料小車的運(yùn)行模式由主令控制器和PLC來(lái)實(shí)現(xiàn), 運(yùn)行速度由變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)。
　　2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　　2.1 控制要求
　　(1) 載料小車的運(yùn)行模式的確定。
　　(2) 載料小車的運(yùn)行約束條件的設(shè)定。
　　(3) 變頻技術(shù)對(duì)卷?yè)P(yáng)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。
　　2.2 控制方案
　　(1) 整個(gè)系統(tǒng)采用單斗載料方式，其控制過(guò)程為:當(dāng)單斗下降到低部后，啟動(dòng)長(zhǎng)短皮帶，將已稱好的原料混勻倒入單斗之中，單斗在底部等待時(shí)間為:一個(gè)周期減去小車上升、下降時(shí)間，再減去小車到頂?shù)沽蠒r(shí)間(即T等待=T-T上升-T下降-T倒料)。其中正常一個(gè)周期約為360秒，整個(gè)上料周期可以根據(jù)爐況及產(chǎn)量而進(jìn)行調(diào)整。我廠石灰爐生產(chǎn)控制中，設(shè)定小車在低部等待時(shí)間為4S。下料完畢，單斗開始上升，其運(yùn)行遵循設(shè)定曲線按慢-快-慢實(shí)現(xiàn)礦車的上升、下降。起變速點(diǎn)由主令控制器控制。所以，主令控制器在控制單斗上升、下降過(guò)程中需要6個(gè)點(diǎn)，即上加速、上減速、上到位、下加速、下減速、下到位，同時(shí)在卷?yè)P(yáng)滾筒中心軸上還連接一個(gè)每周六個(gè)脈沖的碼盤，檢測(cè)單斗從底到頂及從頂?shù)降字g的位置，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為130個(gè)點(diǎn)，PLC將130個(gè)點(diǎn)作為控制模擬屏上小車顯示的部位，模擬屏上有12個(gè)小車位置，并將此130個(gè)點(diǎn)送上位機(jī)，在上位機(jī)動(dòng)態(tài)畫面上顯示小車位置。
　　(2) 為了確保載料小車在生產(chǎn)過(guò)程及調(diào)試檢修過(guò)程中準(zhǔn)確無(wú)誤地運(yùn)行，在可編程控制器(PLC)中我們必須設(shè)置以下幾個(gè)條件參數(shù):
　　A 小車上升信號(hào)、小車停止信號(hào)(小車處于全復(fù)位狀態(tài))。
　　B 小車機(jī)械部分無(wú)故障信號(hào)。
　　C 卷?yè)P(yáng)電機(jī)沒(méi)有上過(guò)卷。
　　D 鋼絲繩松開關(guān)未動(dòng)作。

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　　E 手動(dòng)事故開關(guān)未動(dòng)作(0米平臺(tái)、5米平臺(tái)、爐頂)。
　　F 變頻器無(wú)故障。
　　G 混配系統(tǒng)不工作。
　　H 小車到底等待時(shí)間到。
　　當(dāng)小車工作時(shí)，操作盤上設(shè)有首斗上升按鈕。只有當(dāng)PLC接受到條件參數(shù)都滿足，且首斗上升按鈕按下，小車才能延時(shí)上升。否則不延時(shí)(即:條件參數(shù)不滿足)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒維修人員解除故障。
　　(3) 變頻控制系統(tǒng)，是在可編程控制器PLC的模擬量輸出模板上設(shè)置模擬量輸出點(diǎn)，根據(jù)上位機(jī)通訊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)設(shè)定值，送給變頻器4—20mA模擬量信號(hào)，用以調(diào)整交流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，控制載料小車運(yùn)行。逆變器運(yùn)行的條件是接通正反轉(zhuǎn)命令，此命令由PLC根據(jù)運(yùn)行約束條件輸出上升、下降點(diǎn)來(lái)控制。上述兩個(gè)條件具備后，逆變器就輸出可變頻率的電源，電機(jī)隨之平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果運(yùn)行中出現(xiàn)欠壓、逆變器過(guò)載、電機(jī)過(guò)載、DSP故障等運(yùn)行約束條件出現(xiàn)。綜合報(bào)警就會(huì)動(dòng)作，切斷控制回路，同時(shí)在逆變器面板上的數(shù)字監(jiān)視器顯示相應(yīng)的故障信號(hào)。為了保證載料小車上料周期，提高產(chǎn)量，減少小車故障。載料小車在上升或下降過(guò)程中，運(yùn)行狀態(tài)分成三個(gè)階段:低速段、高速段、低速段。其中四個(gè)變速點(diǎn)(上升、下降各兩個(gè))是通過(guò)主令控制器發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC輸出相應(yīng)的模擬量信號(hào)給變頻器，來(lái)實(shí)現(xiàn)低速—高速—低速的變換。
　　3 控制系統(tǒng)的組成
　　整個(gè)系統(tǒng)控制規(guī)模大，控制點(diǎn)多，不但要求有測(cè)速、數(shù)據(jù)處理、PWM控制、位置顯示、數(shù)值報(bào)警、模糊控制(根據(jù)爐況調(diào)整小車上料周期)等功能，而且系統(tǒng)控制精度要求較高?？沙浞掷肞LC的軟硬件資源。
　　3.1 ZNLK系列智能主令
　　由主控單元(PLC+FC-161)、現(xiàn)場(chǎng)變送單元、連接電纜等主要部件組成?，F(xiàn)場(chǎng)變送單元結(jié)構(gòu)由機(jī)座、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)編碼器組成;現(xiàn)場(chǎng)變送單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)，與受控設(shè)備(小車卷?yè)P(yáng)電機(jī))傳動(dòng)軸鋼性連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器和連接電纜將現(xiàn)場(chǎng)小車位置信號(hào)送至主控單元，主控單元結(jié)構(gòu)由可編程模動(dòng)盤、輸出繼電器、控制電源等組成，主控單元與現(xiàn)場(chǎng)變送單元通過(guò)連接電纜連接，共同組成智能主令控制器。該智能主令控制器的輸出以BCD碼形式給主控室內(nèi)的中央控制器(由三菱系列PLC模塊和上位計(jì)算機(jī)組成)，如圖1所示。
　　3.2 中央控制器
　　中央控制器由下位機(jī)和上位計(jì)算機(jī)等組成:下位機(jī)由日本三菱公司A1S系列;包括CPU模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、通訊模塊、電源模塊等組成。
　　根據(jù)高爐生產(chǎn)工藝要求，主控室操作人員可在上位計(jì)算機(jī)上設(shè)定一個(gè)首斗上升按扭，當(dāng)可編程控制器PLC接到該信號(hào)后，控制載料小車按低速運(yùn)行。當(dāng)PLC接到主令控制器的上升低度高信號(hào)后，通過(guò)模擬量輸出模板調(diào)整變頻器輸出頻率，控制載料小車按高速行駛，可直觀看到小車運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)PLC接到主令控制器的上升高變低信號(hào)后，通過(guò)模擬量輸出模板調(diào)整變頻器輸出頻率，控制載料小車按低速行駛;當(dāng)載料小車到達(dá)爐頂后，主令控制器上限位斷開，PLC程序控制小車在頂延時(shí)等待n秒，以便混合料充分倒入爐頂受料斗內(nèi)，而后PLC控制單斗繼續(xù)按低速下降，并根據(jù)主令控制器的反饋信號(hào)相應(yīng)改變變頻器的輸出頻率，控制交流變頻電機(jī)運(yùn)行，使料斗按低—高—低速的運(yùn)行模式下降，同時(shí)在卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒中心軸上的電子編碼器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過(guò)主控室內(nèi)的開關(guān)量輸入模塊接受該信號(hào)給CPU進(jìn)行計(jì)數(shù)處理后給上位機(jī)，可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地看到小車在整個(gè)載料過(guò)程運(yùn)行位置和狀態(tài)。
　　上位機(jī)由兩臺(tái)IBM586計(jì)算機(jī)，選用美國(guó)Inbbblution 公司FIX作為開發(fā)軟件。
　　現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)小車運(yùn)行的所有信號(hào)及整個(gè)控制系統(tǒng)控制信號(hào)均可通過(guò)PLC的通訊模塊A1SJ71C24數(shù)據(jù)傳輸。即可通過(guò)上位機(jī)鍵盤直接設(shè)定參數(shù)給PLC，同時(shí)PLC實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳給上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)編程軟件將信號(hào)以直觀方式顯示在終端顯示器CRT上。如圖2。
　　3.3 變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)卷?yè)P(yáng)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)
　　為方便操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，變頻器設(shè)置成外部控制狀態(tài)，其接線原理見(jiàn)圖3。其所有動(dòng)作都由PLC控制，PLC端子功能原理圖如圖4所示。
　　當(dāng)PLC輸出繼電器Y534、Y530=ON卷?yè)P(yáng)開始低速上升，達(dá)到上加速點(diǎn)時(shí)，Y530=OFF，Y534=ON卷?yè)P(yáng)快速上升，當(dāng)達(dá)到上減速點(diǎn)Y530=ON，Y531=OFF，Y534、Y531=ON卷?yè)P(yáng)慢速上升，下降過(guò)程亦然。當(dāng)電機(jī)過(guò)載或缺相時(shí)，端子18-20=ON，變頻器可在瞬間封鎖U、V、W輸出，同時(shí)X412=ON經(jīng)PLC產(chǎn)生系統(tǒng)連鎖和報(bào)警。
　　在由電機(jī)拖動(dòng)料車上升發(fā)生故障或下降發(fā)生故障時(shí)，為保證設(shè)備安全，需實(shí)施快速制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)，一旦電機(jī)反饋的“泵升”電勢(shì)使變頻器直流母線電壓達(dá)到800V時(shí)，制動(dòng)單元功率模塊立即導(dǎo)通，接入制動(dòng)電阻R，迅速釋放電機(jī)的儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)安全快速制動(dòng)。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　該系統(tǒng)在我公司石灰高爐上運(yùn)行幾年來(lái)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便、設(shè)備維護(hù)量小、功能齊全。該系統(tǒng)不僅克服了老式主令由凸輪和觸點(diǎn)組成，觸點(diǎn)部分故障率高等缺點(diǎn)，而且小車采用低—高—低速的運(yùn)行模式，在很大程度上避免了小車過(guò)頂、掉底等直接影響高爐正常生產(chǎn)的重大故障。給生產(chǎn)帶來(lái)了積極因素，提高了石灰的產(chǎn)量、改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的推廣應(yīng)用前景。