摘 要:本文簡要介紹了PLC在高爐卷揚上料小車自動控制系統中的應用。
關鍵詞:卷揚上料小車 ZLK控制器 變頻調速器 可編程控制器（PLC）
Abstract:This paper briefly introduces the application of PLC on automatic control system of the hoisting feeder.
Keyword:hoisting feeder ZLK controller frequency converter programmable controller
1 概述
高爐卷揚上料小車是活性石灰豎爐及其它工業豎爐的主要生產設備之一。廣泛用于冶金、有色行業等。卷揚上料小車在整個系統中起著至關重要的作用,該設備能否正常運行直接影響高爐爐況、產品的質量和產量。我廠石灰爐高40米，料車軌道長45米，根據石灰豎爐生產工藝要求，啟動載料小車的首斗上升按扭信號后，卷揚電機控制載料小車按低速運行。運行約10S后載料小車上升速度由低速變高速，到頂前約10S載料小車上升速度由高速變低速，載料小車到頂倒料時間約20S，到底4S后開始啟動長短皮帶下料，料滿后開始第二個周期過程。整個上料周期根據爐況及產量而進行調整。載料小車的運行模式由主令控制器和PLC來實現, 運行速度由變頻調速器調節。
2 控制系統的實現
2.1 控制要求
(1) 載料小車的運行模式的確定。
(2) 載料小車的運行約束條件的設定。
(3) 變頻技術對卷揚電機速度的調節。
2.2 控制方案
(1) 整個系統采用單斗載料方式，其控制過程為:當單斗下降到低部后，啟動長短皮帶，將已稱好的原料混勻倒入單斗之中，單斗在底部等待時間為:一個周期減去小車上升、下降時間，再減去小車到頂倒料時間(即T等待=T-T上升-T下降-T倒料)。其中正常一個周期約為360秒，整個上料周期可以根據爐況及產量而進行調整。我廠石灰爐生產控制中，設定小車在低部等待時間為4S。下料完畢，單斗開始上升，其運行遵循設定曲線按慢-快-慢實現礦車的上升、下降。起變速點由主令控制器控制。所以，主令控制器在控制單斗上升、下降過程中需要6個點，即上加速、上減速、上到位、下加速、下減速、下到位，同時在卷揚滾筒中心軸上還連接一個每周六個脈沖的碼盤，檢測單斗從底到頂及從頂到底之間的位置，檢測點數為130個點，PLC將130個點作為控制模擬屏上小車顯示的部位，模擬屏上有12個小車位置，并將此130個點送上位機，在上位機動態畫面上顯示小車位置。
(2) 為了確保載料小車在生產過程及調試檢修過程中準確無誤地運行，在可編程控制器(PLC)中我們必須設置以下幾個條件參數:
A 小車上升信號、小車停止信號(小車處于全復位狀態)。
B 小車機械部分無故障信號。
C 卷揚電機沒有上過卷。
D 鋼絲繩松開關未動作。
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E 手動事故開關未動作(0米平臺、5米平臺、爐頂)。
F 變頻器無故障。
G 混配系統不工作。
H 小車到底等待時間到。
當小車工作時，操作盤上設有首斗上升按鈕。只有當PLC接受到條件參數都滿足，且首斗上升按鈕按下，小車才能延時上升。否則不延時(即:條件參數不滿足)，同時發出報警信號，提醒維修人員解除故障。
(3) 變頻控制系統，是在可編程控制器PLC的模擬量輸出模板上設置模擬量輸出點，根據上位機通訊傳輸的數據設定值，送給變頻器4—20mA模擬量信號，用以調整交流電機的運轉速度，控制載料小車運行。逆變器運行的條件是接通正反轉命令，此命令由PLC根據運行約束條件輸出上升、下降點來控制。上述兩個條件具備后，逆變器就輸出可變頻率的電源，電機隨之平滑、無級調速運轉，如果運行中出現欠壓、逆變器過載、電機過載、DSP故障等運行約束條件出現。綜合報警就會動作，切斷控制回路，同時在逆變器面板上的數字監視器顯示相應的故障信號。為了保證載料小車上料周期，提高產量，減少小車故障。載料小車在上升或下降過程中，運行狀態分成三個階段:低速段、高速段、低速段。其中四個變速點(上升、下降各兩個)是通過主令控制器發出信號給PLC，PLC輸出相應的模擬量信號給變頻器，來實現低速—高速—低速的變換。
3 控制系統的組成
整個系統控制規模大，控制點多，不但要求有測速、數據處理、PWM控制、位置顯示、數值報警、模糊控制(根據爐況調整小車上料周期)等功能，而且系統控制精度要求較高。可充分利用PLC的軟硬件資源。
3.1 ZNLK系列智能主令
由主控單元(PLC+FC-161)、現場變送單元、連接電纜等主要部件組成。現場變送單元結構由機座、傳動機構和旋轉編碼器組成;現場變送單元安裝在現場，與受控設備(小車卷揚電機)傳動軸鋼性連接，通過旋轉編碼器和連接電纜將現場小車位置信號送至主控單元，主控單元結構由可編程模動盤、輸出繼電器、控制電源等組成，主控單元與現場變送單元通過連接電纜連接，共同組成智能主令控制器。該智能主令控制器的輸出以BCD碼形式給主控室內的中央控制器(由三菱系列PLC模塊和上位計算機組成)，如圖1所示。
3.2 中央控制器
中央控制器由下位機和上位計算機等組成:下位機由日本三菱公司A1S系列;包括CPU模塊、開關量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、通訊模塊、電源模塊等組成。
根據高爐生產工藝要求，主控室操作人員可在上位計算機上設定一個首斗上升按扭，當可編程控制器PLC接到該信號后，控制載料小車按低速運行。當PLC接到主令控制器的上升低度高信號后，通過模擬量輸出模板調整變頻器輸出頻率，控制載料小車按高速行駛，可直觀看到小車運行狀態。當PLC接到主令控制器的上升高變低信號后，通過模擬量輸出模板調整變頻器輸出頻率，控制載料小車按低速行駛;當載料小車到達爐頂后，主令控制器上限位斷開，PLC程序控制小車在頂延時等待n秒，以便混合料充分倒入爐頂受料斗內，而后PLC控制單斗繼續按低速下降，并根據主令控制器的反饋信號相應改變變頻器的輸出頻率，控制交流變頻電機運行，使料斗按低—高—低速的運行模式下降，同時在卷揚機滾筒中心軸上的電子編碼器產生的脈沖信號通過主控室內的開關量輸入模塊接受該信號給CPU進行計數處理后給上位機，可實時、動態地看到小車在整個載料過程運行位置和狀態。
上位機由兩臺IBM586計算機，選用美國Intellution 公司FIX作為開發軟件。
現場有關小車運行的所有信號及整個控制系統控制信號均可通過PLC的通訊模塊A1SJ71C24數據傳輸。即可通過上位機鍵盤直接設定參數給PLC，同時PLC實時將現場信號傳給上位機，通過上位機編程軟件將信號以直觀方式顯示在終端顯示器CRT上。如圖2。
3.3 變頻調速技術對卷揚電機速度的調節
為方便操作，實現遠控，變頻器設置成外部控制狀態，其接線原理見圖3。其所有動作都由PLC控制，PLC端子功能原理圖如圖4所示。
當PLC輸出繼電器Y534、Y530=ON卷揚開始低速上升，達到上加速點時，Y530=OFF，Y534=ON卷揚快速上升，當達到上減速點Y530=ON，Y531=OFF，Y534、Y531=ON卷揚慢速上升，下降過程亦然。當電機過載或缺相時，端子18-20=ON，變頻器可在瞬間封鎖U、V、W輸出，同時X412=ON經PLC產生系統連鎖和報警。
在由電機拖動料車上升發生故障或下降發生故障時，為保證設備安全，需實施快速制動，制動時，一旦電機反饋的“泵升”電勢使變頻器直流母線電壓達到800V時，制動單元功率模塊立即導通，接入制動電阻R，迅速釋放電機的儲能，實現安全快速制動。
4 結束語
該系統在我公司石灰高爐上運行幾年來，系統穩定可靠，操作簡便、設備維護量小、功能齊全。該系統不僅克服了老式主令由凸輪和觸點組成，觸點部分故障率高等缺點，而且小車采用低—高—低速的運行模式，在很大程度上避免了小車過頂、掉底等直接影響高爐正常生產的重大故障。給生產帶來了積極因素，提高了石灰的產量、改善了工人的勞動強度，具有良好的推廣應用前景。