PLC及自动控制系统在炼钢厂行车上的应用.pdf

2 0 1 3 年第2 期 总 第1 5 6期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 5 3 P L C及自动控制系统在炼钢厂行车上的应用 杨智 东 武钢集团安宁分公司第三炼钢厂 ， 云南安宁 6 5 0 3 0 2 【 摘要】结合 P L C在炼钢厂各个领域的广泛使用， 行车上的电气控制系统技术陈旧， 还属于 7 O年 8 0年 代的接触器控制方式， 对设备的冲击比较大， 故障率高， 维护频率高， 备件损坏率大， 材料费用高， 经过 P L C及 自动控制系统升级改造后， 热停机率明显减少， 有效的提高作业率， 加快炼钢的整个工序进程， 提高产量。 【 关键词】 炼钢厂行车； P L C ；调压调速系统 ； 升级改造 【 中图分类号】T P 2 7 【 文献标识码】B 【 文章编号】 1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 3 0 2 0 0 5 3 0 4 Ap p l i c a t i o n o f PLC a n d Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e m i n Br i dg e Cr a n e o f S t e e l Pl a nt YANG Z h i - d o n g N o ． 3 S t e e l P l a n t ， A n n i n g B r a n c h ,W u h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o rp ． ， A n n i n g , Y u n n a n 6 5 0 3 0 2 ， C h i n a 【 A b s t r a c t ] C o m p a r e d w i t h w i d e a p p l i c a t i o n o f P L C i n m a n y fi e l d s o f s t e e l p la n t s ，t h e e l e c t ric a l c o n t r o l s y s t e m o f a b ri d g e c r a n e i s o u t o f d a t e ．T h e c o n t a c t o r c o n t r o l mo d e i s the c o n t r o l mo d e o f t he s e v e n t i e s a n d t he e i g h t i e s ．Thi s c o n t r o l mo d e h a s bi g i mp a c t o n e q u i p - me n t ， h i g h f a u l t r a t e a n d h i g h ma i nt e n a n c e r a t e o f e qu i pme n t ， muc h c o n s ump t i o n o f s p a r e p a r t s a n d h i g h ma t e ria l c o s t ．Afte r up g r a d i n g o f t he PLC a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m，f a u l t s h u t d o w n r a t e i s r e d u c e d o b v i o u s l y ．I t e f f e c t i v e l y i mp r o v e s wo r k r a t e s ，s p e e d s u p t h e w o r k i n g p r o c e d u r e o f s t e e l ma k i n g a n d i n c r e a s e s p r o d u c t i o n ． 【 K e y w o r d s ] b ri d g e c r a n e o f s t e e l p l a n t ；P L C ；p r e s s u r e r e g u la t i n g a n d s p e e d c o n t r o l s y s t e m；u p g r a d i n g 1概 述 昆钢炼钢厂行车 自1 9 9 2年 1 1 月建厂投产以 来 ，行车控制系统全部都是采用 2 0世纪 7 0 ～ 8 0年 代接触器控制的电力拖动系统来完成 ， 随着炼钢工 艺的改变， 生产节奏越来越快 ， 设备的作业率越来 越高， 设备的故障和损坏率频繁。因为生产的节奏 取决于行车的利用率和效率 ， 整个工艺的完成都需 要行车的协调和配合 ， 某一辆行车或几辆行车 出现 故障或损坏， 生产将不能连续进行 。 为了降低故障 ， 减少设 备的损坏率 ， 特别是大 板坯连铸工艺较先进 ，每炉钢浇铸时间为 1 0多分 钟， 并且时间还在不断缩短， 能吊装大板坯钢水的一 7 * 行车只有一辆， 厂房高度有 3 0 多米， 一旦行车出 现故障 ， 生产只能终止 ， 连铸断浇 ， 钢水报废 回炉 ， 造成生产材料的大量浪费， 生产成本增高。 针对这一问题和我们提 出的合理化建议 ， 淘汰 落后的设备和技术 ， 2 0 0 7年我厂决定从 一 7 行车开 始逐步升级改造全厂和生产工艺有紧密相连的行 车。结合我厂的实际情况分析和研究， 结合 P L C在 炼钢厂各个领域的广泛使用 ， 决定采用西门子公司 中型 P L C 一 3 0 0 的自动控制系统， 简化行车的控制线 路。为了降低改造成本， 所有机构的电机和机械传 动部分 ， 动力 电缆全部保 留原用 ， 加装 P L C和调压 调速驱动装置 ， 并且一备一用 。通过 5年的不断努 力 ， 现在 已有 4台 l O O t 行车和 1台 1 5 t 1 5 t 行车完 成改造。 本文仅对 P L C 一 3 0 0和调压调速的应用进行 论述 。 2 P L C自动控 J S n 调压调速系统的应用 西门子公司的 P L C在我厂已经广泛应用， 性能 稳定且具有高可靠性能， 众所周知， 只要做好防尘， 降温的工作 ， 作为行车的 自动控制链接应该是没有 问题。 其次又引进了大连美恒的调压调速的电机驱 动装置 ， 其优点是不用更换 电机 ， 原用老电机的情 况下 ， 能保证调压调速的稳定运行 ， 减小机械冲击 ， 5 4 冶 金 动 力 MET AL L URGI C AL P OWER 2 0 1 3 年第2 期 总 第1 5 6期 机械的使用周期延长近一倍。 为了降低改造成本 ， 整个改造计划 ， 电气设备的 安装、调试都由炼钢厂和新进设备厂家技术人员共 同完成。由于小钩作业率不高 ， 采用 P L C程序 自动 控制程序直接控制接触器完成。由于全部电气设备 都在行车大梁里 ， 为了减少控制电缆 ， P L C控制方式 采用一个主站和一个从站两个站完成 ，行车驾驶室 设置了一个从站， 行车大梁里安装主站。 两个站采用 时下最可靠 的 P R O F I B U S D P总线控制系统完成站 间通讯 ，主站由 P L C 一 3 0 0 3 1 5 2 D P作为系统主站 ， 通过 I M一 3 1 5模块作为通讯接 口模块 ， 主站采用了 8 个输入模块和 8 个输出模块采集各个系统控制屏的 动作反馈信号 ， 通过内部程序处理 ， 传送控制指令到 各个控制单元进行调压调速 ，驱动电机进行平稳慢 速或快速的起升和下降调运钢水作业。所有控制单 元都引反馈进入 P L C模块 ， 让 P L C程序判断运行单 元的工作可靠性。一旦出现异常， 立即封锁输出， 并 报出故障代码到驾驶室显示 ， 切除故障单元 ， 启用备 用单元投入工作 ， 完成行车工作的连续性 ， 减少热停 机时 间。 从站 由从站 C P U模块控制 4个输入模块和一 个输出模块组成 。输入模块接收驾驶员用联动台发 出的多 组控 制字 ，经 过程序 处理 ，在 通过一 根 P R O F I B U S D P总线 通讯 电缆专用屏蔽双绞线 ， 传 送给在行车大梁 的主站 C P U 3 1 5 2 D P进行程序处 理， 分别发出控制信号给各个控制屏驱动单元。 由于采用了 P R O F I B U S D P总线通讯 ，从驾驶 室的联动台到 电气室的主 P L C只用了一路电源线 和一根双芯双绞 ， 并且带屏蔽的通讯电缆。 简化了控 制线路 的结构节约了电缆成本 ，所有控制逻辑 由 P L C 一 3 1 5 2 D P的 C P U来完成 ，取代 了老旧的复杂 的控制线路 ， 行车 P L C控制系统如图 1 。 【 瞄 1 -五 一 _ 1 1 1 l 一 衄 0 嘎 82 - r 1 目 0 2 虢 j ， f _ u I I ≮ 【腑 母 啪 ． l 砘 C 2 ≈ 婚 ． U M聪 _ r “ 3 - 礓 2 一 逅 口 触 _ L l f ∞ 1 1嗍 E 日 _ 一- J - - - t I t ● 一 蕊 、 ； e 照 r 3 n l[ I ] 糯 一 } ’髓 颦 nr， 镕 班 雨 缝 讯 毫 蠛 f 群 箍 窘 疗 J L 砖讽电 麓 L N k } 惫 嚣 张 1 ∞ g 撼 嚣 l {蟠 L H j l I帅 J 电 瑚 11 I3 }11 l 1 捌 铂 镪 鼋 I1 逊 { 船 1 廿 W 一 铭谁霹} 辣 U 踟 }牛 b 诲 妇 2 2 “ 广1 】 呲 ， 2 盛{ E 警 建 龟真 ，黧冉j ㈨“ ． 氟 喏 学 电 蓬 _ 叶 慨 瞰 ’％ E I } ． L ． J 一 _ 嘲 ； P L c 糍{I{ 柱3 2 蝴 终1 图 1 行车 P L G控制系统 图 通过图 1 中就可以看到在行车驾驶室设计了一 机， 驾驶员立刻可以看到代码， 通过代码， 检修维护 块模块 ，编写一段程序就可以专门用来显示故障信 人员就可以查到故障点在什么位置， 切换备用后 ， 在 息 ，此段程序用来扫描整辆行车所涉及到的各种空 行车不停机的情况下立刻可以对故障的电气设备进 气开关、 继电器、 接触器、 各种安全限位、 门开关、 超 行检修。 重开关等等。 当行车由于某一处电气故障， 使行车停 3 调压调速 系统 2 0 1 3 年第 2 期 总 第 1 5 6期 冶 金 动 力 M E T A L L U I t G I C AL P O WE R 5 5 T H Y R O M A T B C C数字 通讯 调压调速系统是 一 个电机驱动控制系统。是美恒公司利用现代数字 技术和可控硅技术而开发推出的专 门用于控制行车 各机构上运行 的各种三相异步绕线式电动机的专业 产品 ， 采用高清液 晶屏 ， 内置高质量汉化芯片 ， 通讯 智能芯片， 支持 P R O F I B U S现场通讯总线协议 ， 实现 电机控制与监控管理。 又分为功率调速单元 ， 无电流 换 向、 转子电阻切除单元 ， 转子频率反馈单元 ， 电流 反馈单元 ， 输入指令控制单元几个部分组成。 在 P L C指令到达装置后 ， 装置会先运行安全监 控电路监测电机相位是否错误 ，是否有严重的不平 衡 ， 低电压等。这时给电机建立一个力矩 ， 力矩与定 子电压的平方成正 比 T。 c U 2 确保所 吊重物不下滑 的同时 ， 才让 电机负重 ， 抱闸才打开 ， 这时重型负载 拖着电机慢速下降， 通过 P L C给 的控制指令 ， 控制 调压调速功率单元调整电机定子电压 ，再通过从电 机转子和定子反馈的转子频率信号 ，和定子电流信 号 ， 及时调整电机转速 ， 最后切换到电机再生发电制 动的平稳下降状态。 多余 的电能反馈会电网， 又能在 下降过程中快速或慢速下降。当到达指定位置 P L C 控制指令停止 ， 电机先陕速克服下降力矩减速 ， 待转 速接近为零时 ， 抱 闸立即锁闭 ， 完成整个控制过程。 上升也同样如此。 当轻钩下降时 ， 装置会检测电机力 矩和电机 电流 ，自动调整输 出电流强迫 电机下降或 上升操作 。 由于系统控制是沿斜坡加速和减速的，这样控 制的好处是减小电机或负载对机械传动齿轮的冲 击 ， 用 电机先电制动 ， 在锁闭抱 闸， 大大减少抱闸刹 片和制动轮的损耗 ， 又能可靠制动， 延长机械系统的 使用寿命。行车调压调速系统如图 2 。 图 2 行车调压调速 系统图 装置 的重级工作制 吊运额定 载荷 的比率在 4 0 ％ f 1 1 特性 每小时启动次数 1 5 0次～ 6 0 0次 接电持续率6 0 ％ 最高环境温度 6 0℃ 海拔高度 2 x l O 5 时， 孑 L 板的流出系 数 C进入线性区， 流 出系数 c方可以认 为是一个常 数 ； 当雷诺数 4 x l O 时， 喷嘴的流出系数 C进 入线性区， 流出系数 c方可以认为是一个常数。在 实际测量中，由于流量变化而使雷诺数小于界限值 的情况时有发生， 如果不进行修正， 仍按计算书的c 值来计算流量， 会带来较大的误差。 所 以如何 自动实时计算流 出系数 C和流速可 膨胀系数 8 ，这是实现节流式流量计宽量程自动补 偿的关键所在 ， 也是未来蒸汽测量的方向。 智能化宽 量程的差压变送器和补偿功能更为完善的流量计算 机的问世，使我们实现宽量程的智能化流量测量有 了可能。 但我们今后在蒸汽测量中还应具有前瞻性 ， 现在我们的蒸汽是以质量为单位进行计量。作为一 种能源将来必然要采用能量计量，所以今后在仪表 选型上 ，应选用同时具有质量计量和能量计量功能 的仪表 ， 这样在将来需要用能量计量时 ， 不用再大规 模地更换了。 5 结束语 随着“ 十二五” 计划的推进 ， 能源计量越来越被 企业所重视。 能源计量工作是企业加强能源管理、 提 高科学计量管理水平的重要基础。只有高度重视能 源计量器具的使用 ， 才能最优化地利用能源 ， 为企业 提高经济效率和市场竞争力提供重要保证。 【 参 考 文 献】 【 1 】 ． 孙淮清， 王建中． 流量测量节流装置设计手册．北京化学工业出 版社 ， 2 0 0 0 ． 6 [ 2 】 ． 蔡武昌， 孙淮清． 流量测量方法和仪表的选用．北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 1 ． 4 收修 改稿 日 期 2 0 1 2 1 卜0 8 作者简介 赵晓岚 1 9 6 3 一 ， 女， 毕业于马钢职工大学， 工程师， 现从 事马钢公 司动力量运行管理工作。