摘 要:本文简要介绍了PLC在高炉卷扬上料小车自动控制系统中的应用。
　　 关键词:卷扬上料小车 ZLK控制器 变频调速器 可编程控制器（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
　　高炉卷扬上料小车是活性石灰竖炉及其它工业竖炉的主要生产设备之一。广泛用于冶金、有色行业等。卷扬上料小车在整个系统中起着至关重要的作用,该设备能否正常运行直接影响高炉炉况、产品的质量和产量。我厂石灰炉高40米，料车轨道长45米，根据石灰竖炉生产工艺要求，启动载料小车的首斗上升按扭信号后，卷扬电机控制载料小车按低速运行。运行约10S后载料小车上升速度由低速变高速，到顶前约10S载料小车上升速度由高速变低速，载料小车到顶倒料时间约20S，到底4S后开始启动长短皮带下料，料满后开始第二个周期过程。整个上料周期根据炉况及产量而进行调整。载料小车的运行模式由主令控制器和PLC来实现, 运行速度由变频调速器调节。
　　2 控制系统的实现
　　2.1 控制要求
　　(1) 载料小车的运行模式的确定。
　　(2) 载料小车的运行约束条件的设定。
　　(3) 变频技术对卷扬电机速度的调节。
　　2.2 控制方案
　　(1) 整个系统采用单斗载料方式，其控制过程为:当单斗下降到低部后，启动长短皮带，将已称好的原料混匀倒入单斗之中，单斗在底部等待时间为:一个周期减去小车上升、下降时间，再减去小车到顶倒料时间(即T等待=T-T上升-T下降-T倒料)。其中正常一个周期约为360秒，整个上料周期可以根据炉况及产量而进行调整。我厂石灰炉生产控制中，设定小车在低部等待时间为4S。下料完毕，单斗开始上升，其运行遵循设定曲线按慢-快-慢实现矿车的上升、下降。起变速点由主令控制器控制。所以，主令控制器在控制单斗上升、下降过程中需要6个点，即上加速、上减速、上到位、下加速、下减速、下到位，同时在卷扬滚筒中心轴上还连接一个每周六个脉冲的码盘，检测单斗从底到顶及从顶到底之间的位置，检测点数为130个点，PLC将130个点作为控制模拟屏上小车显示的部位，模拟屏上有12个小车位置，并将此130个点送上位机，在上位机动态画面上显示小车位置。
　　(2) 为了确保载料小车在生产过程及调试检修过程中准确无误地运行，在可编程控制器(PLC)中我们必须设置以下几个条件参数:
　　A 小车上升信号、小车停止信号(小车处于全复位状态)。
　　B 小车机械部分无故障信号。
　　C 卷扬电机没有上过卷。
　　D 钢丝绳松开关未动作。

[NextPage]
　　E 手动事故开关未动作(0米平台、5米平台、炉顶)。
　　F 变频器无故障。
　　G 混配系统不工作。
　　H 小车到底等待时间到。
　　当小车工作时，操作盘上设有首斗上升按钮。只有当PLC接受到条件参数都满足，且首斗上升按钮按下，小车才能延时上升。否则不延时(即:条件参数不满足)，同时发出报警信号，提醒维修人员解除故障。
　　(3) 变频控制系统，是在可编程控制器PLC的模拟量输出模板上设置模拟量输出点，根据上位机通讯传输的数据设定值，送给变频器4—20mA模拟量信号，用以调整交流电机的运转速度，控制载料小车运行。逆变器运行的条件是接通正反转命令，此命令由PLC根据运行约束条件输出上升、下降点来控制。上述两个条件具备后，逆变器就输出可变频率的电源，电机随之平滑、无级调速运转，如果运行中出现欠压、逆变器过载、电机过载、DSP故障等运行约束条件出现。综合报警就会动作，切断控制回路，同时在逆变器面板上的数字监视器显示相应的故障信号。为了保证载料小车上料周期，提高产量，减少小车故障。载料小车在上升或下降过程中，运行状态分成三个阶段:低速段、高速段、低速段。其中四个变速点(上升、下降各两个)是通过主令控制器发出信号给PLC，PLC输出相应的模拟量信号给变频器，来实现低速—高速—低速的变换。
　　3 控制系统的组成
　　整个系统控制规模大，控制点多，不但要求有测速、数据处理、PWM控制、位置显示、数值报警、模糊控制(根据炉况调整小车上料周期)等功能，而且系统控制精度要求较高。可充分利用PLC的软硬件资源。
　　3.1 ZNLK系列智能主令
　　由主控单元(PLC+FC-161)、现场变送单元、连接电缆等主要部件组成。现场变送单元结构由机座、传动机构和旋转编码器组成;现场变送单元安装在现场，与受控设备(小车卷扬电机)传动轴钢性连接，通过旋转编码器和连接电缆将现场小车位置信号送至主控单元，主控单元结构由可编程模动盘、输出继电器、控制电源等组成，主控单元与现场变送单元通过连接电缆连接，共同组成智能主令控制器。该智能主令控制器的输出以BCD码形式给主控室内的中央控制器(由三菱系列PLC模块和上位计算机组成)，如图1所示。
　　3.2 中央控制器
　　中央控制器由下位机和上位计算机等组成:下位机由日本三菱公司A1S系列;包括CPU模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通讯模块、电源模块等组成。
　　根据高炉生产工艺要求，主控室操作人员可在上位计算机上设定一个首斗上升按扭，当可编程控制器PLC接到该信号后，控制载料小车按低速运行。当PLC接到主令控制器的上升低度高信号后，通过模拟量输出模板调整变频器输出频率，控制载料小车按高速行驶，可直观看到小车运行状态。当PLC接到主令控制器的上升高变低信号后，通过模拟量输出模板调整变频器输出频率，控制载料小车按低速行驶;当载料小车到达炉顶后，主令控制器上限位断开，PLC程序控制小车在顶延时等待n秒，以便混合料充分倒入炉顶受料斗内，而后PLC控制单斗继续按低速下降，并根据主令控制器的反馈信号相应改变变频器的输出频率，控制交流变频电机运行，使料斗按低—高—低速的运行模式下降，同时在卷扬机滚筒中心轴上的电子编码器产生的脉冲信号通过主控室内的开关量输入模块接受该信号给CPU进行计数处理后给上位机，可实时、动态地看到小车在整个载料过程运行位置和状态。
　　上位机由两台IBM586计算机，选用美国Inbbblution 公司FIX作为开发软件。
　　现场有关小车运行的所有信号及整个控制系统控制信号均可通过PLC的通讯模块A1SJ71C24数据传输。即可通过上位机键盘直接设定参数给PLC，同时PLC实时将现场信号传给上位机，通过上位机编程软件将信号以直观方式显示在终端显示器CRT上。如图2。
　　3.3 变频调速技术对卷扬电机速度的调节
　　为方便操作，实现远控，变频器设置成外部控制状态，其接线原理见图3。其所有动作都由PLC控制，PLC端子功能原理图如图4所示。
　　当PLC输出继电器Y534、Y530=ON卷扬开始低速上升，达到上加速点时，Y530=OFF，Y534=ON卷扬快速上升，当达到上减速点Y530=ON，Y531=OFF，Y534、Y531=ON卷扬慢速上升，下降过程亦然。当电机过载或缺相时，端子18-20=ON，变频器可在瞬间封锁U、V、W输出，同时X412=ON经PLC产生系统连锁和报警。
　　在由电机拖动料车上升发生故障或下降发生故障时，为保证设备安全，需实施快速制动，制动时，一旦电机反馈的“泵升”电势使变频器直流母线电压达到800V时，制动单元功率模块立即导通，接入制动电阻R，迅速释放电机的储能，实现安全快速制动。
　　4 结束语
　　该系统在我公司石灰高炉上运行几年来，系统稳定可靠，操作简便、设备维护量小、功能齐全。该系统不仅克服了老式主令由凸轮和触点组成，触点部分故障率高等缺点，而且小车采用低—高—低速的运行模式，在很大程度上避免了小车过顶、掉底等直接影响高炉正常生产的重大故障。给生产带来了积极因素，提高了石灰的产量、改善了工人的劳动强度，具有良好的推广应用前景。