PLC和MENTORⅡ設(shè)計的智能鉗型吊電氣控制系統(tǒng)

概述：本文研究了全數(shù)字智能鉗型吊電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計出了以PLC及MENTORⅡ為核心的控制方案。該方案極大的提高了鉗型吊的工作效率、可靠性及控制精度，降低了能耗。實驗結(jié)果證明了此方案的有效性。

關(guān)鍵詞：全數(shù)字;智能;鉗型吊;MENTORⅡ

ABSTRACT：In this paper，? project?? is? designed? which? based? on? our? research? and analysis about electricity-control system of the all-digital? and? intelligent? pliers type hoist. The core of this project are PLC and MENTORⅡ，and many benefits can be gained from this project —— enhancing efficiency of the pliers type hoist，improving stability and controlling accuracy, reducing the consumed-energy. Finally, the experiment results prove the effective of this project.

Keywords:?all-digital;?intelligent;?pliers?type?hoist;?MENTORⅡ.

　　引言：現(xiàn)在國內(nèi)一些大型鋼廠使用鉗型吊在均熱爐上方吊裝冷熱鋼坯，溫度高、金屬粉塵多、負(fù)載重、震動大，因而對電控設(shè)備的要求高。我國現(xiàn)有的鉗型吊一般采用的是直流滑道串電阻調(diào)速，雖控制電路比較簡單，但是切換電阻由于高度頻繁的切換使開關(guān)故障率高，能耗大，且速度調(diào)節(jié)非平滑，運行不穩(wěn)定。上世紀(jì)90年代諸多廠家曾采用直接可控硅控制對鉗型吊進(jìn)行過技術(shù)改造，但均因為現(xiàn)場環(huán)境惡劣而達(dá)不到理想的效果。在對鉗型吊的設(shè)備進(jìn)行了深入的研究的基礎(chǔ)上，我們對鉗型吊的的電氣設(shè)備進(jìn)行了全數(shù)字智能控制改造試驗，運行到目前為止達(dá)到了預(yù)期的目的。該技術(shù)對鉗型吊的全部改造是切實可行的，通過對全國各大鋼鐵企業(yè)的調(diào)查，該技術(shù)在全國是首創(chuàng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

一、鉗型吊全數(shù)字改造方案

　　1、總體規(guī)劃

　　舞陽鋼鐵公司軋鋼廠鉗型吊原為6KV/170V通過固定整流成220V直流,引上滑道,再送往鉗型吊控制柜。各機構(gòu)通過串接電阻分段調(diào)速，電機正反向及各段速度通過司機室的主令控制器驅(qū)動各段主接觸器及中繼來實現(xiàn)。該方法接觸器多，電阻多，且接觸器頻繁操作故障率高，能耗大，已經(jīng)嚴(yán)重影響生產(chǎn)。全數(shù)字改造的整體思想是：在鉗型吊上直接安裝直流調(diào)速裝置，所有邏輯控制由PLC完成。具體總規(guī)劃如下：

　?。?）、將整流變壓器更換為6KV/380V整流變壓器，容量通過計算采用1000KVA，與原相同用兩臺一用一備。

　?。?）、滑道由原來的兩條增加一條為三條，通過控制柜內(nèi)的總開關(guān)將三相380V電源送到控制柜母排。

　　（3）、取消原所有的接觸器，調(diào)速電阻，制動電阻。通過調(diào)節(jié)全數(shù)字直流調(diào)速裝置輸出電壓調(diào)速。

　?。?）、司機室的各機構(gòu)的主令控制器開關(guān)信號全部直接送入PLC，再由PLC綜合編程通過PLC輸出點直接控制直流裝置。

　?。?）、主鉤設(shè)置緊急提升功能。當(dāng)主鉤控制器故障或主電源斷電時，由司機室啟動緊急提升開關(guān)，緊急提升裝置將主鉤提起，緊急提升裝置由輔助滑電道供電。

　?。?）、裝在司機室的主令開關(guān)，各種功能開關(guān)保留原狀，將大車事故行走改為主鉤緊急提升。其余開關(guān)全部進(jìn)PLC。

　　2、數(shù)字直流調(diào)速裝置的選型

　　由于鉗型吊在均熱爐上方吊裝冷熱鋼坯，溫度高、金屬粉塵大、負(fù)載重、震動大。因而對電控設(shè)備的要求高，我們選用了英國Control?Techniques?（簡稱CT）公司的Mentor?II全數(shù)字直流調(diào)速裝置，它采用微處理器核心，操作指令及運行參數(shù)可由面板或串型口輸入，設(shè)定及修改，并受三級保密字保護(hù)，所有模擬輸入及大多數(shù)數(shù)字量輸入用戶可自編程。串行口采用RS485，易于多機聯(lián)網(wǎng)，與上位機及其它設(shè)備形成自動化網(wǎng)絡(luò)，還提供各種選件加強系統(tǒng)功能，如帶自動弱磁的磁場控制模塊，用于恒功率應(yīng)用時的弱磁控制，有BASIC語言編程的單片機處理模塊及智能多文字用戶接口等，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。

　　這里選用的是英國Control?Techniques公司的全數(shù)字式直流電機驅(qū)動器M550R，輸出電流范圍25A～1850A。其分單象和四象限兩種配置。單向驅(qū)動器僅能實現(xiàn)正向運行，四象限驅(qū)動器是完全可逆的。這兩種配置的驅(qū)動器均能對電機的速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行全面控制，四象限驅(qū)動器可對正反向運行進(jìn)行全面控制。它的基本工作原理還是控制電樞的端電壓從而控制送入電機的電流，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

　　3、PLC的選型

　　PLC在性能上比繼電控制邏輯優(yōu)異，PLC可靠性高,抗干擾能力強，在硬件和軟件兩個方面還采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等措施，其平均無故障時間達(dá)到（3～5）?×104?h?以上;PLC編程直觀、簡單，采用了一種面向控制過程的梯形圖語言;PLC適應(yīng)性好，它是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。

　　在本設(shè)計方案中，采用三菱微型可編程控制器—FX2N-128MR。

二、控制方法

　　由于鉗型吊的工作部件比較復(fù)雜，包括主鉤、副鉤、大車、小車、夾鉗回轉(zhuǎn)及開閉等，對這些電機都要求有4級速度變換和正反向切換?，F(xiàn)在以主鉤系統(tǒng)為例，說明實現(xiàn)上述要求的控制方法。

　　圖1是直流調(diào)速裝置Mentor?II的速度給定選擇圖，圖1中，01.17?為速度給定1;?01.18?為速度給定2;?01.19?為速度給定3;01.20為?速度給定4（4個給定速度在Mentor?II菜單上設(shè)定）;01.12為正反向選擇。

圖1：Mentor?II的速度給定選擇圖

我們用PLC的輸出控制，如圖2所示

圖2：PLC的輸出控制

　　在圖2中，?Y20為正反向切換，Y21、Y22為速度切換，其速度表如表1：

　　表1?主鉤速度表

　　圖2中的M26、M27、M28分別對應(yīng)直流調(diào)速裝置Mentor?II的TB3-26、TB3-27、TB3-28接線端，而TB3-26、TB3-27、TB3-28分別對應(yīng)數(shù)字量輸入端?08.16;08.17;08.18，我們只要令08.16=01.12;08.17=01.14;08.18=01.15，就可以實現(xiàn)用PLC的輸出來控制電機的正反向和速度切換。

　　另外，當(dāng)主鉤控制器故障或主電源斷電時，由司機室啟動緊急提升開關(guān)，緊急提升裝置將主鉤提起，緊急提升裝置由輔助滑電道供電。

三、變壓器的選擇

　　表2?舞陽鋼鐵公司軋鋼廠鉗型吊所用到的動力設(shè)備

　　一臺鉗型吊電機總?cè)萘縋e為565KW，由供電手冊查得軋鋼廠吊車需要系數(shù)為Kx=0.35，?=0.5;?=1.73，最大有功計算負(fù)荷P30為197.8kW，由此可得最大視在計算負(fù)荷S30為395.6kV﹒A，按2.5倍過載考慮我們選用1000kV﹒A的變壓器兩臺，一備一用。變壓器為整流變壓器6KV/380V。兩個高壓開關(guān)不變，變壓器安裝在原變壓器位置。

結(jié)論：

　　經(jīng)過近一年的設(shè)備運行，到目前為止達(dá)到了預(yù)期的目的。本系統(tǒng)為數(shù)字系統(tǒng);硬件結(jié)構(gòu)簡單;性能穩(wěn)定;抗高溫、抗粉塵、抗震動;平滑調(diào)節(jié)運行穩(wěn)定;基于該技術(shù)所研制的設(shè)備正在申請國家專利。

　　本文作者創(chuàng)新點：該系統(tǒng)節(jié)約能源;提高作業(yè)率。其直接經(jīng)濟(jì)效益可觀，該技術(shù)不僅可以在全國鉗型吊上應(yīng)用，還可以推廣至其他大型吊車，其市場前景十分廣闊。

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