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        P L C及自動控制系統(tǒng)在煉鋼廠行車上的應(yīng)用

        2013-12-06 09:28:46楊智東
        冶金動力 2013年2期
        關(guān)鍵詞:煉鋼廠調(diào)壓起重機(jī)

        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(shí)間為10多分鐘,并且時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí),才讓電機(jī)負(fù)重,抱閘才打開,這時(shí)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(shí)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(shí),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(shí),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(shí)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(shí)在馬上反方向給出運(yùn)行指令時(shí),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(shí),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(shí)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(shí)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(shí)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.

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