陈昊
沈阳铁旭自动化有限公司
[摘要]可靠稳定快速的上料可有效保证高炉产量以及提高冶炼质量。本文根据高炉生产的要求以及高炉卷扬机主驱动系统的技术特点，在高炉上料系统中采用PLC与变频器相结合实现了对料车的控制，解决了因卷扬控制系统不稳定而造成的休风、停产问题。提高了卷扬上料系统的稳定性，降低了上料系统的故障率。
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关键词 ]变频器；PLC；高炉卷扬
1.高炉上料设备概况
高炉上料设备是高炉供料系统的重要设备主要包括料车坑、料车、斜桥、卷扬机或上料机。料车上料机主要由斜桥、料车和卷扬机三部分组成。工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重料车的车厢自重。
1.1料车卷扬机
料车卷扬机是料车上料机的拖动设备，其主要由电动机、联轴节、抱闸、减速机、卷筒齿轮传动机构、卷筒和断电器等部件组成。
根据料车运动的工作过程，其工作特点是：
(l)能够频繁起动、制动、停车、反向、转速平稳、过渡时间短；(2)能按照一定的速度图运行；(3)能够广泛地调速，调速范围一般为0.5-3.5m/s；(4)系统可靠工作。在进入曲轨段及离开料坑时不能有冲击，确保终点位置准确停车。
1.2料车
料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段，在整个过程中包括两次加速和两次减速。料车提升一次所需要的时间与料车的运动速度和加速度有关，其变化曲线如图1.1所示：
t l时间内：料车起动，重料车开始上行，同时空料车开始自炉顶极限位置下行。此时，钢绳自卷筒退出的加速度不应超过料车的加速度，以免产生钢绳松弛现象。
t2时间内：重料车上行并继续加速到最大速度，一般加速度。t3时间内：料车以最大速度，稳定运行。t4时间内：重料车进入卸料曲轨段之前的(第一次)减速时间。t5为重料车在卸料曲轨段等速行走时间。t6为重料车第二次减速到停车时间。
2、控制系统的选型与设计
卷扬电控系统的选型首先保证系统的稳定性和可靠性，同时考虑操作简单、维护简便、施工方便、系统经济等因素：
(1)中央控制器选用性价比高的西门子S7-400系列PLC，其CPU采用6ES7412-2XJ05-0AB0，该CPU具有2个Profibus-DP接口，主要用来与变频器通信，采集速度与电流信号。(2)变频传动采用ABB的ACS800变频器，带有专用的提升软件(含有主从应用宏)，采用直接转矩控制方式，在零速具有满转矩的特性，带有脉冲编码器和Profibus-DP接口。(3)考虑到施工维护的方便性以及防止线路干扰，采用Profibus-DP总线，在卷扬机附近设立1个ET200M远程站。(4)为了维护方便，设一台上位机，实时监视卷扬机的运行状态并进行记录，以方便故障分析查找。(5)整个系统贯彻冗余的原则。电源冗余：有两路独立的电源给卷扬机供电；传动系统冗余：设有4台变频器，两两互为备用；检测元件冗余：设有两套主令控制器、两套编码器。
3、卷扬控制系统的实现
3.1卷扬系统构成及配置
卷扬系统开关量较多，模拟量较少。系统具体配置情况如图3.1所示。
3.2控制系统软硬件配置与网络配置
系统采用P L C控制，通过上位机完成系统监控及数据采集记录等功能；采用西门子S7-4 0 0组成基础自动化系统；采用Ifix监控软件，编程软件采用step7，WindowsXP作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通信。
控制器与上位机之间采用工业以太网通信。主机控制单元接受由I/O接口收集的开关量信号，在实现对设备控制的同时与监控站上位机通信。
传动原理(如图3.2所示)：
(1)采用独立双路供电，通过双投切换开关QS1来实现。
(2)采用4台变频器，其中1#、3#变频器控制1#电机，2#、4#变频器控制2#电机，1#和2#变频器为一组与3#和4#变频器互为备份，变频器的切换通过选择开关进行切换；电机的切换则由双投切换开关QS2和QS3实现。(3)由于在机械结构上有两个电机，通过用光纤连接两变频器控制板上有主从同步接口板实现主从同步。(4)每台变频器的主回路设有进线接触器，以便在紧急情况下控制接触器的分离，让整个系统断电。
3.3变频参数设置
(1)电机的参数：将电机上铭牌参数，准确地输入到变频器中。卷扬系统要求两电机同步运行，因此需要设置主从同步参数。(2)为精确控制电机，将变频器控制模式的设定为DTC控制模式。(3)加减速时间设定：加减速时间尽可能小，但如果加速时间过小，容易造成变频器过流。(4)料车在减速过程中，需要制动斩波器和制动电阻，因此要对制动功率和制动电阻的大小进行设定。(5)变频器挂在PLC下，将变频器的速度和电流信号传给主PLC，因此需要设定Profibus-DP通信的有关参数。(6)在料车的上行过程中，速度是从低速到高速，然后一次减速、二次减速，最后停车。因此每段的速度是多少，需要根据实际情况设定。(7)变频器的输出信号需要设定。
结论
该高炉卷扬控制系统采用西门子PLC控制同ABB变频器传动相结合的技术，达到较高的控制要求，满足了高炉正常生产对设备无故障运行指标的严格要求，提高了高炉的产能。