西门子变频器、PLC在炼钢卸料小车中应用.pdf

第3 2 卷2 0 1 4 年第 1 期 总第 1 6 9 期 使用与维护 嵋、 8 G 电曾昌 s 、 8 G 西门子变频器、 P L C在炼钢卸料小车中应用 邓继祥 攀钢工程维检分公司冶检二车间 攀枝花6 1 7 0 2 3 【 摘要】 阐述了S i e me n s ,l生产的M4 4 0 变频器和s 7 3 0 0 P L C以及接近开关在炼钢厂多 位料孔定位卸 料小车中的应用。 【 关键词】 变频器P L C 应用 Ap p l i c a t i o n o f S i e me n s Fr e q u e n c y Co n v e r t e r a n d P LC o n Un l o a d i n g Ca r o f S t e e l M a ki n g DE NG j i x i a n g Me t a l l u r g i c a l Ma i n t e n a n c e Wo r k s h o p N o ． 2 o f P a n s t e e l E n g i n e e r i n g Ma i n t e n a n c e C o m p a n y , P a n z h i h u a 6 1 7 0 2 3 【 A b s t r a c t 】 D e s c r i b e t h e a p p l i c a t i o n o f S i e m e n s e q u e n c y c o n v e r t e r M 4 4 0 ， s 7 3 0 0 P L C a n d p r o x i mi t y s wi t c h o n t h e mu l t i p o s i t i o n c h a r g i n g h o l e p o s i t i o n i n g u n l o a d i n g c a r i n s t e e l ma k i n g p l a n t ． 【 K e y w o r d s ] F r e q u e n c y c o n v e r te r ， P L C ， a p p l i c a t io n 0 前言 物料运输、 装卸在钢铁企业中占有相当重要的 地位。尤其在环境恶劣的炼钢厂生产现场， 设备能 否正常稳定运行将直接关系到生产效率和作业人 员的人身安全。长期以来， 生产现场的卸料都是由 继电器、 接触器控制电动机带动料车运行， 由多个 撞齿式限位器定位。随着技术的发展， 这种老模式 逐渐被新的设备 、 技术所取代。老式继电器 、 接触 器控制系统 的不足主要表现在 以下几点 1 采用接触器直接控制电动机主回路的通 断， 无论是机械机构还是电气系统伤害都较大， 维 护成本高， 维检工人劳动强度大。 2 系统保护功能粗糙 ， 容易使设备故障扩 大， 增加损坏设备的程度。 ‘ 3 继电器、 接触器相互连锁组成的电气线路 配线复杂 ， 一旦出现故障， 维修难度大， 处理故障 时间长， 效率低。 4 料仓定位监测采用撞齿定位， 由继电器转 换， 发生故障时不能自判断， 容易造成仓位辨识紊 乱， 使卸料小车不能按预定位停车。 随着科技 的进步 ， 针对 以上几点不足 ， 均可以 通过采用变频器和 P L C控制技术得到解决 。变频 器可以由0 ． 2 H z 逐渐增加到额定频率5 0 H z ， 平滑性 好， 对机械冲击很小。P L C 、 接近开关都为无触点控 一 8 一 制方式， 对电器元件的损伤很小， 不但故障低而且元 件使用寿命长。采用P L C 控制， 故障辨识功能强， 逻 辑连锁安全可靠， 不会造成仓位辨识紊乱， 一旦有故 障， 系统自动报警， 不会使故障扩大。由于这些突出 的优点， 使之逐渐取代了有触点控制系统。 1 料仓卸料定位的基本要求 卸料小车停在任意仓位， 人为选定新仓位， 卸 料小车关闭下料阀并’ 自动运行到预选的仓位重新 打开阀门卸料， 即实现现场无人操作 见图1 。 图 1 卸料小车定位卸料示意 1 一仓位选择按钮； 2 --卸料小车； 3 一卸料 小车减速 、 停止 限位器 ； 4 一 实际仓位 2 系统工作原理 2 ． 1 变频 器 在系统中， 变频器主要是实现小车平滑启动、 停止和临近选定仓位预减速 ， 避免小车频繁启停 对机械部分造成冲击。当临近仓位时， 采用低速 使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第 1 期 总第1 6 9 期 雹雷8雷e68智8 雷8雷 8 曾 8 雷80 雷电雷 8 8雷 8 雷8 孕富 挑挑、 8 鑫 运行既可以降低小车运行惯性 ， 又可以在停止位 置实现精确定位。为了防止过多的外接线点造成 运行故障， 变频器的运行信号由P L C的总线连接 器输出， 通过 P L C输出变频器运行、 频率信号 见 图2 ， 降低了电气设备硬接点的故障率。若考虑 到检修或故障 如停电后恢复供电 处理后的控制 操作， 可以在P L C 运行信号回路中并联一个手动 正 、 反运行和停止接点， 以保障小车停在任意位置 或检测故障时都可以运行。 ．0 I M O V E I 1 I M O V E] E ENO _ 1 EN r 一 1 6 3 8 4 Q P QW2 6 6 M 0 ． 0 f M O V E f 卜 _ _ 1 E N E N O l 1 6 3 8 4 I N O U T - P Q W2 6 6 E N E NO __ 1卜 一 1 6 3 8 4 Q P Q W2 6 6 M O ． 1 l M O V E l E N E N - O l 1 6 3 8 4 I N O U T - P Q W2 6 6 图2 P L C 控制变频器的程序 参数设定是变频器运行前必须完成的工作。 为了避免将每一个参数重新核对， 通常在应用时 先将参数恢复到工厂设置值 ， 再设置控制信号的 输入方式 、 频率的给定方式和电动机额定参数的 辨识等参数。 为了小车准确定位和防止小车卸料时晃动， 变频器控制 的电动机设有机械 制动装置 抱闸 。 在变频器控制的电动机制动时通常取变频器实际 运行的电流信号控制 ， 因为它是准确的力矩检测 信号。当电流值达到额定值的 1 0 ％时抱闸打开 ， 小于额定值得 1 0 ％时抱闸回落制动。在P L C 程序 中读取一个运行电流信号送给抱闸接触器。这样 变频器的接线形式就比较简单 ， 没有外部连锁构 成复杂的电气线路， 保护功能由变频器内部参数 设置完成， 使整个线路大大简化。 2 ． 2 P L C信号的采集 变频器的运行由料仓仓位的选择决定， 信号 由P L C给出， 也是人为的选择。它可以是集中操 作台的硬接点直接送人P L C的输入模块 ， 如果系 统安装了Wi n C C 集中自动控制 ， 也可以由Wi n C C 画面操作将仓位选择信号送人P L C 程序中。 实际仓位信号的采集由接近开关检测， 并将 检测到的实际仓位以数字量的形式送人P I c的输 入模块。西门子生产了一种直接采集信号送人 P L C的接近开关 3 R G 4 0 3 0 6 K D 0 0 ， 不需要 中间 继电器的转换， 且元件为全封闭式， 在粉尘严重的 场所较实用。 每一个仓位安装两个接近开关作为检测信 号。一是在控制变频器运行时一个作为临近预设 料仓的减速信号， 一个作为到达预设料仓的停止 信号。二是当某一个接近开关损坏时小车能停止 并及时报警。如果一个仓位安装的限位开关， 在 卸料小车运行途中预设定仓位的接近开关损坏， 此时P I c 得不到预设定仓位的检测信号 ， 无法做 仓位辨识 ， 便会在预设定仓位的前后仓之间不停 地来回运行， 这在实际生产中是故障状态。 还有一部分信号是 自动控制系统的辅助信 号 ， 包括前面提到的检修时测试用的现场手动运 行信号； 系统紧急停止信号 比如拉绳开关等 ； 超 限位信号等。 2 ． 3 P L C几个主要程序的说明 2 ． 3 ． 1 预给定仓位信号和实际仓位信号的采集 将每一个预设值的仓位信号分别送人P L C 数 据传输指令中存储起来 ， 8 个仓位分别是 I 3 ．0 ～ I 3 ．7 。同样将实际仓位信号也送入数据传输指令 中存储起来， 分别是I 2 ．0 一 I 2 ．7 和I 1 ．0 一 I 1 ．7 。在实 际应用的时候 ， 每个仓位的编号及送到P L C 输入 模块的地址可以自己设定。最好是按规律有序排 列， 这样在编制程序时便于记忆， 对在生产过程中 的维护、 检修也提供了便利。卸料小车运行信号 由比较所得值控制小车运行 ， 如图3 所示。 1 ． O 卜 图3 卸料／ J 、 车预选仓位与实际仓位存储值比较 一 9 一 Ⅲ H 脒 三 工 兰 j [ 第3 2 卷2 0 1 4 年第1 期 总第 1 6 9 期 使用与维护 无论是预给定信号还是实际仓位信号都有一 个在数据传输指令中存储着， 比如M W1 5 中是仓位 选择信号， 而M W2 0 中是实际仓位信号。假设卸料 小车现在停在4 号仓位卸料完毕， 现在需要在7 号 仓再次卸 料 ， 此时选择 7 号仓 ， 经 过 M W1 5 和 M W2 0比较 ， M W1 5 的值小于M W2 0 的值 ， 则P L C 的中间继电器M1 ．0 有输出。如图1 所示小车正转 信号送入小车正转。当到达7 号仓时， 由独立检测 信号送出减速和停止信号 ， 则比较指令送出停止 信号， 卸料小车停止运行， 小车开始在7 号仓卸料。 2 - 3 ． 2 减速与停止信号 的辨识和应用 在做仓位比较指令的时候， 将每。一个仓位的 两个检测信号都用与的形式采集到P L C 的存储指 令里 ， 以供与仓位预选择指令做比较。但是在运 行的减速和停止信号的判断上就必须单独将信号 采集出来。 每一个仓位都分东西两个限位开关， 将每个 仓位东面的限位开关设为1 2 ．0 1 2 ．7 ， 存储在M W2 5 中 ， 同样将每个仓位西面的限位开关信号设为 1 1 ． 0 I 1 ．7 ， 存储在M W3 0 中。在运行时读取减速和 停止信号就方便多了。但是仓位限位开关地址编 码必须与前面的仓位比较信号采集编码相同。 在选择仓位经过比较后， 假设卸料小车向西 运行， 那么东面的限位开关检测的就是减速信号， 西面的则为停止信号。同样用比较值取出来 ， 再 用中间继电器并人卸料小车运行的P L C 通道就可 以了。在东西向运行时， 哪个极限作减速信号， 哪 个极限作停止信号， 仅仅取决于运行方向的比较 值。这就是s 7 3 0 0 P L C 应用方便的地方。 2 - 3 ．3 检测信号故障报警 为了随时 了解各仓位限位开关 的情况 ， 还需 要做一个检测限位开关报警信号。正常运行时只 有在卸料小车临近停止时才会出现两个限位检测 信号状态不一样。其余时候都是一样的状态 ， 这 里用时间继电器躲过临近停止时的正常状态。如 果长时间出现两个限位检测不一样的状态那 么就 说明有一个检测用的限位开关已坏 ， 系统就会及 时报警。 作为一个完整的控制系统还有一些基本的逻 辑控制， 比如系统启动 、 紧急停止等， 这里就不一 一 详述。 3 系统的优缺点 3 ． 1 该 系统使 用 的优 点 一 1 O一 1 平滑的启停控制大大减小了对机械机构 的冲击， 使机械传动机构寿命延长， 节约了维护成 本 。 2 系统故障有明确的显示， 例如F 0 0 2 0 表示 电源缺相 ， 维修工人可以根据故障指示和P L C 模 块信号指示灯快捷地判断故障点以便及时排除， 节约了时间， 提高了生产效率。 3 变频器的保护功能齐全且灵敏度高， 防止 了常常因外接器件失灵而使故障扩大。 4 变频器与P L C 有效的结合， 解决了电气系 统连锁和接线复杂问题， 由于采用网络通信控制 方式 ， 极大简化了控制回路 ， 减少施工难度 ， 对电 气系统而言也降低了故障点数。 3 _ 2 该 系统实际应用中的不足 1 变频器和P L C 是电力电子技术和数字电 子技术相结合的产物， 它对环境的要求很高， 环境 温度要求在 0～4 0 ％。在冶金行业应用通常要加 装空调 。 2 电网电压波动要求控制在 1 0 ％以内， 确 保变频器和P L C 可靠工作。 3 对金属粉尘防护要求较高， 冶金行业金属 粉尘较多， 所以电气室密封要好， 平时维护保养过 程中要注意定期除尘。 4 采用通信方式进行系统控制， 当通信部分 出现故障时， 可能造成系统失控现象， 所以拉绳开 关等紧停信号是必不可少的， 当出现失控现象时 直接切除电源， 让系统强行停车， 以避免事故扩 大。 4 结 论 西门子传动设备在炼钢卸料小车中的应用 ， 突出了新设备 、 新技术的极大优越性。简洁的设 计安装工艺和明显的故障显示， 为设备的安装、 调 试和维护提供了诸多便利。 参考文献 [ 1 】 胡幸呜． 电机及拖动基础[ s 】 ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 7 ． 【 2 】 张燕宾． 变频调速应用技 术f M】 ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 1 ． 【 3 1 孙海维． S I MA TI C可编程序控制器及应用【 M】 ． 北 京 机械 工业出版社 。 2 0 0 6 ． f 4 】 徐 惠康． 电子技 术【 s 1 ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 06 ． 2 0 1 3 - 1 2 1 8 收稿