武　躍

引言

宣鋼第二鋼軋廠(chǎng)連鑄機(jī)于2010年11月份投產(chǎn)，配有兩臺(tái)12機(jī)12流小方坯連鑄機(jī)，而大包回轉(zhuǎn)臺(tái)作為連鑄機(jī)鋼坯鑄造的重要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)鋼包的異跨轉(zhuǎn)換。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)一般具有兩個(gè)工作臂，即澆鋼位臂和接鋼位臂。操作工將天車(chē)吊放好的鋼包轉(zhuǎn)到澆鋼位進(jìn)行澆筑動(dòng)作，而在澆筑位已經(jīng)澆筑完畢的鋼包則轉(zhuǎn)到接鋼位，通過(guò)天車(chē)調(diào)走，待精煉冶煉下一包，循環(huán)開(kāi)展。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)正常旋轉(zhuǎn)對(duì)鋼坯澆筑起到絕對(duì)性作用，是鋼坯澆筑正常開(kāi)展的基礎(chǔ)，但是在宣鋼第二鋼軋廠(chǎng)連鑄機(jī)澆筑過(guò)程中，大包回轉(zhuǎn)臺(tái)偶遇突然轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，這樣對(duì)崗位操作工及設(shè)備將會(huì)造成嚴(yán)重后果，為此對(duì)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，以改善此類(lèi)事件的發(fā)生。

1　改造的必要性

宣鋼第二鋼軋廠(chǎng)150 t爐區(qū)1#連鑄機(jī)于2010年11月正式投產(chǎn)使用，其采用AB公司PLC控制系統(tǒng)及變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)與液壓事故驅(qū)動(dòng)控制。在大包回轉(zhuǎn)臺(tái)正式投入使用時(shí)，曾突然出現(xiàn)澆筑過(guò)程中大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)情況，這樣正在澆筑的水口無(wú)法及時(shí)關(guān)閉，高溫鋼水必然會(huì)灑落在平臺(tái)上，從而引起崗位工和設(shè)備的重大災(zāi)難。[1]通過(guò)對(duì)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)造成的嚴(yán)重后果分析，主要是由于大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)操作是通過(guò)就地操作箱上的操作按鈕直接操作的，整個(gè)操作行為缺少連鎖保護(hù)和確認(rèn)措施，使崗位人員誤操作機(jī)旁操作箱成為可能。為此，本文立足于PLC自動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)化改造大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的電氣控制回路，使其實(shí)現(xiàn)設(shè)備電氣連鎖控制，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2　改造優(yōu)化的詳細(xì)技術(shù)分析及方案

2.1　總體思路

針對(duì)宣鋼連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)崗位誤操作導(dǎo)致大包回轉(zhuǎn)臺(tái)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)，引發(fā)的一系列設(shè)備、人員損傷。本項(xiàng)目利用AB-700系列變頻器控制大包旋轉(zhuǎn)的電氣驅(qū)動(dòng)，將現(xiàn)場(chǎng)操作的旋鈕、按鈕信號(hào)傳遞到PLC上，之后PLC再通過(guò)Control Net網(wǎng)絡(luò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于當(dāng)前生產(chǎn)要求，大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)模式有兩種：其一高速轉(zhuǎn)動(dòng)模式60 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)180°；其二低速轉(zhuǎn)動(dòng)模式150 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)180°。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)在完成一次正常轉(zhuǎn)動(dòng)下通常以角度達(dá)到180°為一個(gè)周期，需要70 s。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作箱上配有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)旋鈕（順時(shí)針/逆時(shí)針）和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)旋鈕（順時(shí)針/逆時(shí)針），若是以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)模式轉(zhuǎn)動(dòng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)則按照先高速、后低速的模式轉(zhuǎn)動(dòng)；若以手動(dòng)旋鈕模式轉(zhuǎn)動(dòng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)，則按照低速模式轉(zhuǎn)動(dòng)。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，大包回轉(zhuǎn)臺(tái)急停按鈕處于開(kāi)放狀態(tài)，這樣崗位人員極易誤操作到手動(dòng)、自動(dòng)旋鈕造成大包回轉(zhuǎn)臺(tái)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)操作箱缺乏可靠地保護(hù)手段。

針對(duì)這種情況，本文將在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上添加允許轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕和指示燈，對(duì)已有轉(zhuǎn)動(dòng)PLC程序重新修改，添加相應(yīng)的電氣元件，編制轉(zhuǎn)動(dòng)連鎖條件程序。以自動(dòng)控制手段完善大包回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)確認(rèn)，保證大包回轉(zhuǎn)臺(tái)在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)檎`操作出現(xiàn)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。[2]

2.2　技術(shù)方案

（1）現(xiàn)場(chǎng)操作箱改造

現(xiàn)場(chǎng)操作箱是崗位控制大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的直接裝置，為此改善大包回轉(zhuǎn)臺(tái)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)的首要環(huán)節(jié)就是改造現(xiàn)場(chǎng)操作箱。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上增添自復(fù)位旋鈕（回轉(zhuǎn)允許），這樣每當(dāng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都需要給出“確認(rèn)”信號(hào)，并將信號(hào)傳送到PLC中。而當(dāng)信號(hào)到達(dá)PLC中時(shí)，僅有120 s的時(shí)間可以進(jìn)行操作，一旦程序時(shí)間到達(dá)120 s，“確認(rèn)”信號(hào)自動(dòng)消失，需重新轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)允許旋鈕。換言之，在崗位給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號(hào)后，崗位操作人員只有120 s時(shí)間操作大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，若操作時(shí)間120 s結(jié)束，“確認(rèn)”信號(hào)消失，崗位需重新旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)允許旋轉(zhuǎn)，重新給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號(hào)。這樣就能保證現(xiàn)場(chǎng)操作人員即使出現(xiàn)誤操作行為，在澆鋼周期內(nèi)也不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。

此外，為了防止操作人員給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號(hào)后，忘記旋鈕歸零位，故采用自復(fù)位旋鈕，并在操作箱上設(shè)置指示燈，用以表示旋鈕操作狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)燈狀態(tài)亮?xí)r，則表明信號(hào)是經(jīng)過(guò)PLC邏輯判斷后的一個(gè)輸出信號(hào)，如此便可繼續(xù)回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的后續(xù)操作，反之不可操作。

（2）大包回轉(zhuǎn)變頻柜改造

大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)變頻器控制的，變頻器發(fā)出不同頻率的電壓控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)則表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、低速轉(zhuǎn)動(dòng)。所以在主回路的變頻器輸出端增加主回路接觸器（KM），這樣就能利用接觸器的吸合與斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。將接觸器置于控制柜后背板上，上下端子分別接于電抗器和現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)，并且在控制柜內(nèi)增添控制接觸器的中間繼電器(KA)和相應(yīng)的接線(xiàn)端子，見(jiàn)圖1。

圖1　新增主回路接觸器實(shí)體圖

接觸器采用Schneider LC1D205型號(hào)，具有一對(duì)輔助觸點(diǎn)（開(kāi)點(diǎn)），將其開(kāi)點(diǎn)動(dòng)作信號(hào)輸入到PLC中，與大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)控制進(jìn)行連鎖。這是由于當(dāng)斷開(kāi)主回路接觸器時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)失電，變頻器便會(huì)空載動(dòng)作，這樣將會(huì)對(duì)變頻器造成巨大損害。所以，通過(guò)將輔助觸點(diǎn)的信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，即使主回路接觸器斷開(kāi)時(shí)，變頻器將會(huì)停止輸出。如此，不單單為防止大包回轉(zhuǎn)臺(tái)誤操作非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)增加一道保險(xiǎn)，還能提高變頻器的使用壽命。

（3）PLC柜內(nèi)改造

為了保證大包回轉(zhuǎn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作箱旋鈕和指示燈的正常工作，從PLC的PC0柜引出一根控制電纜（7*1.5，用4芯，備3芯）到現(xiàn)場(chǎng)操作箱。同時(shí)再?gòu)腜C0柜中引出一根控制電纜，聯(lián)接大包回轉(zhuǎn)變頻控制柜，從而實(shí)現(xiàn)中繼的控制及接觸器輔助點(diǎn)的信號(hào)傳輸。

完成PLC柜內(nèi)線(xiàn)纜鋪設(shè)工作后，在PLC系統(tǒng)上增加2個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)I9.3、I9.4和2個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)Q4.2、Q6.5。其作用分別是現(xiàn)場(chǎng)回轉(zhuǎn)允許旋鈕、接觸器輔助觸點(diǎn)和中間繼電器線(xiàn)圈控制、現(xiàn)場(chǎng)回轉(zhuǎn)允許指示燈。

（4）程序編制

利用AB公司的Logix5000軟件編寫(xiě)程序，對(duì)已有大包回轉(zhuǎn)臺(tái)程序（LadleTurrent_control進(jìn)行相應(yīng)連鎖程序的編制。如下所示：

通知現(xiàn)場(chǎng)崗位人員將控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到“允許”工作位上，旋鈕實(shí)現(xiàn)自復(fù)位功能；

旋鈕自動(dòng)開(kāi)點(diǎn)接觸后，PLC輸入模塊的接收到輸入信號(hào)，I9.3處于位置1；

PLC系統(tǒng)開(kāi)始程序邏輯判斷，給出大包回轉(zhuǎn)臺(tái)“允許”轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)Q4.2；

“允許”信號(hào)Q4.2作用到中間繼電器，中繼吸合，主回路接觸器線(xiàn)圈得電；

主回路接觸器線(xiàn)圈得電，輔助觸點(diǎn)開(kāi)點(diǎn)閉合，輔助點(diǎn)閉合信號(hào)傳輸?shù)絇LC輸入模塊相應(yīng)通道I9.4；

PLC對(duì)輸入通道I9.4信息分析后，輸出“允許”信號(hào)，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)操作箱指示燈Q6.5，指示燈狀態(tài)亮。

PLC系統(tǒng)接收到主回路輔助觸點(diǎn)信號(hào)后，大包回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連鎖系統(tǒng)開(kāi)啟，這樣能夠確保接觸器不吸合狀態(tài)下，大包回轉(zhuǎn)變頻器無(wú)輸出，避免了變頻器空載運(yùn)行損害變頻器。

在旋轉(zhuǎn)信號(hào)給入的120 s內(nèi)，信號(hào)持續(xù)有效。120 s后，大包回轉(zhuǎn)“允許”信號(hào)Q4.2消失，繼而中繼線(xiàn)圈、接觸器線(xiàn)圈相繼斷開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)操作箱指示燈由亮變滅。此時(shí)，崗位操作人員的任何操作都無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)，大包回轉(zhuǎn)臺(tái)處于“停止”狀態(tài)。

由于本次程序編制上，新加入2個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)I9.3、I9.4和2個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)Q4.2、Q6.5，而且在程序上添加120 s的延時(shí)控制程序，崗位操作人員只能在該120 s允許操作時(shí)間內(nèi)操作大包回轉(zhuǎn)臺(tái)，120 s過(guò)后無(wú)法控制大包回轉(zhuǎn)臺(tái)，若需轉(zhuǎn)動(dòng)需再重復(fù)以上操作。[3]這樣就確保了大包回轉(zhuǎn)臺(tái)在澆鋼的40 min內(nèi)不會(huì)因?yàn)閸徫坏恼`操作導(dǎo)致大包回轉(zhuǎn)臺(tái)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動(dòng)情況的發(fā)生。

整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)改造的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　實(shí)施效果

本次對(duì)宣鋼第二鋼軋廠(chǎng)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，從現(xiàn)場(chǎng)操作箱、變頻柜、PLC柜、運(yùn)行程序四方面開(kāi)展，完善了崗位操作流程，極大的保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了大包回轉(zhuǎn)臺(tái)防止誤操作的自動(dòng)化控制，消除了設(shè)備存在的重大事故隱患。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]黃爭(zhēng)艷.連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障智能診斷方法研究[D].武漢科技大學(xué),2015.

[2]劉瑞邦.板坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué),2015.