一、 系統(tǒng)概述：
鐵牛是鋼鐵燒結(jié)廠"C"型翻車(chē)機(jī)卸車(chē)線的重要設(shè)備，承擔(dān)將機(jī)車(chē)牽引來(lái)的火車(chē)皮（重車(chē)）送到翻車(chē)機(jī)內(nèi)，由翻車(chē)機(jī)將物料卸掉的重要任務(wù)。其工藝過(guò)程如下：（1）、接車(chē)：鐵牛由一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)出槽，經(jīng)過(guò)液壓平臺(tái)到運(yùn)輸部與重車(chē)相撞。（2）、牽車(chē)：鐵牛由一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將運(yùn)輸部重車(chē)拖至液壓平臺(tái)。（3）、摘鉤：重車(chē)被牽至液壓平臺(tái)后，鐵牛與重車(chē)摘鉤，鐵牛回槽。（4）、將最前面的一節(jié)車(chē)皮送至翻車(chē)機(jī)內(nèi)，鐵牛回槽后，啟動(dòng)液壓平臺(tái)油泵，抬起液壓平臺(tái)，重車(chē)由液壓平臺(tái)溜出，液壓平臺(tái)降落即完成一個(gè)循環(huán)周期。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示
二、鐵牛改造前系統(tǒng)特點(diǎn)及運(yùn)行情況：
鐵牛改造前使用手動(dòng)操作，通過(guò)兩臺(tái)132KW電機(jī)工頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)出槽和牽引，機(jī)械部分采用減速箱傳動(dòng)，鐵牛出槽時(shí)一臺(tái)電機(jī)或兩臺(tái)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)鐵牛快和重車(chē)相撞時(shí)，由操作工停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，鐵牛靠自慣性與重車(chē)相撞，再由操作工啟動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，再牽引重車(chē)到液壓平臺(tái)，脫鉤后回槽。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)采用頻敏變阻器降壓?jiǎn)?dòng)，停車(chē)時(shí)系統(tǒng)使用機(jī)械抱閘實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。
該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中故障率高，維護(hù)量大，給正常的生產(chǎn)秩序帶來(lái)阻礙。具體表現(xiàn)在：盡管使用了頻敏變阻器，但啟動(dòng)沖擊電流仍然很大，且電機(jī)頻繁啟動(dòng)，嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命；由于牽引車(chē)皮時(shí)負(fù)載慣性大，機(jī)械制動(dòng)時(shí)經(jīng)常不能一次準(zhǔn)確停車(chē)定位，造成電機(jī)的頻繁啟停。同時(shí)由于電機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械開(kāi)始抱閘，剎車(chē)容易損壞。
兩臺(tái)電機(jī)的速度和力矩分配不均，使機(jī)械齒條和電機(jī)的使用壽命受到影響。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程全部手動(dòng)，效率低。操作工的工作量大。
三、鐵牛變頻改造方案及特點(diǎn)：
圖二
控制系統(tǒng)中加入S7-200或S7-300 PLC和ABB變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)和電氣制動(dòng)，原系統(tǒng)存在的問(wèn)題得以解決，其原理框圖見(jiàn)圖2。自動(dòng)控制系統(tǒng)選擇單周期和循環(huán)控制兩種方式。選擇單周期時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)一個(gè)周期便停止，如果要繼續(xù)運(yùn)行，則重新按啟動(dòng)按鈕。選擇循環(huán)控制時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，按下停止按鈕即時(shí)停止。另外再加入一套手動(dòng)控制系統(tǒng)，不經(jīng)過(guò)PLC，直接控制繼電器，當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。
具體描述：由于系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，所以鐵牛和重車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)和位置需要識(shí)別，回槽限位開(kāi)關(guān)（7XK）、鐵牛的位置開(kāi)關(guān)（8XK）、重車(chē)的到位置開(kāi)關(guān)（9XK），限位開(kāi)關(guān)的功能如下：
鐵牛回槽限位開(kāi)關(guān)（7XK）∶ 檢測(cè)鐵牛回槽是否超過(guò)極限
鐵牛位置開(kāi)關(guān)（8XK）∶ 檢測(cè)鐵牛是否在平臺(tái)上
重車(chē)的位置開(kāi)關(guān)（9XK）∶ 檢測(cè)重車(chē)是否在液壓平臺(tái)上
注：液壓缸上限位開(kāi)關(guān)（4XK）和下限位開(kāi)關(guān)（5XK）取現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)有信號(hào)。 且原系統(tǒng)有超極限開(kāi)關(guān)（3XK），回槽極限（2XK），出槽極限（1XK），當(dāng)工作系統(tǒng)選擇自動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)元件檢測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)和動(dòng)作及ＰＬＣ對(duì)變頻器的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果，PLC完成對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)控制。
當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，鐵牛位于左限位位置，液壓平臺(tái)沒(méi)有抬升（通過(guò)液壓平臺(tái)的下限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)），鐵牛由兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)右移，8XK有動(dòng)作，當(dāng)鐵牛向右且8XK有輸出，鐵牛與重車(chē)相撞后，如果變頻器力矩超過(guò)設(shè)定力矩，則變頻器輸出信號(hào)給PLC，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)制動(dòng)，延時(shí)后，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)重車(chē)到液壓平臺(tái)，當(dāng)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)9XK有輸出時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)制動(dòng)，延時(shí)3秒，鐵牛自動(dòng)向出槽方向運(yùn)行2秒，鐵牛與重車(chē)通過(guò)人工或自動(dòng)脫鉤，然后手動(dòng)或自動(dòng)讓兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)鐵牛回槽，回槽限位開(kāi)關(guān)（7XK）有輸出時(shí)，兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)同時(shí)制動(dòng)并輸出信號(hào)給PLC，液壓電機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)，液壓平臺(tái)抬升，最前面的一節(jié)重車(chē)與其后面的重車(chē)自動(dòng)脫鉤并下滑，液壓平臺(tái)通過(guò)手動(dòng)下降至最低處，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。下一個(gè)周期可以開(kāi)始。
手動(dòng)系統(tǒng)由于不經(jīng)過(guò)PLC，直接對(duì)繼電器和變頻器進(jìn)行控制，只是增加兩臺(tái)變頻器，與原系統(tǒng)基本相同；形成一套冗余系統(tǒng)，在PLC發(fā)生故障時(shí)也能運(yùn)行。手動(dòng)時(shí)可連續(xù)運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。
系統(tǒng)使用ABB的兩臺(tái)變頻器，采用主從傳動(dòng)，DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制方式）控制方式，主變頻器與其從變頻器之間采用光纖通訊，所有來(lái)自外部的數(shù)字、模擬輸入只進(jìn)入主變頻器，主變頻器接到外部指令后，其從變頻器立即作出與主變頻器一致的啟動(dòng)、運(yùn)行、速度、力矩、電氣制動(dòng)等緊緊跟隨。該系統(tǒng)的速度監(jiān)視功能使電氣制動(dòng)到零速時(shí)快速實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)，轉(zhuǎn)矩監(jiān)視功能不但保護(hù)了變頻器，還為系統(tǒng)確定了鐵牛撞上重車(chē)并拽穩(wěn)重車(chē)后使鐵牛自動(dòng)牽引車(chē)皮往液壓平臺(tái)方向運(yùn)行的信號(hào)。主從傳動(dòng)方式中的速度、力矩控制使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)到多臺(tái)電機(jī)的速度、力矩的平均分配，DTC控制使變頻器實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的精確的力矩控制，電氣制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)滿足了系統(tǒng)的快停和準(zhǔn)確定位要求。手動(dòng)加自動(dòng)控制系統(tǒng)確保了系統(tǒng)的高效連續(xù)可靠運(yùn)行。
四、ABB變頻器優(yōu)越性能在系統(tǒng)中的體現(xiàn)∶
＊ ABB變頻器可靠的性能和高精度的控制方式，特別是DTC的控制方式在系統(tǒng)中的應(yīng)用，大提高了系統(tǒng)的可靠性和控制精度。
＊ ABB變頻器的力矩控制方式在系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得鐵牛與重車(chē)相撞時(shí)，利用變頻器負(fù)載突然加大，轉(zhuǎn)矩突然上升，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定轉(zhuǎn)矩時(shí)，輸出繼電器動(dòng)作，給出控制信號(hào)到PLC。從而控制系統(tǒng)準(zhǔn)備下一步動(dòng)作。在此過(guò)程中可免去傳感器的檢測(cè)，且動(dòng)作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。
＊ ABB變頻器主從宏在系統(tǒng)中得到充分應(yīng)用。由于系統(tǒng)中用了兩臺(tái)電機(jī)，當(dāng)鐵牛出車(chē)時(shí)用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，拖重車(chē)時(shí)兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，兩臺(tái)電機(jī)是通過(guò)齒輪連接同時(shí)拖動(dòng)，電機(jī)與電機(jī)之間是硬連接，故兩臺(tái)電機(jī)之間力矩分配要均勻，不能使其中一臺(tái)電機(jī)處于重載狀態(tài)，另一臺(tái)電機(jī)處于輕載狀態(tài)。ABB變頻器的主從應(yīng)用宏在此能很好地解決改造前兩臺(tái)電機(jī)同步性能差和負(fù)載分配不均的問(wèn)題。且主從變頻器之間通過(guò)光纖通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好。
五、結(jié)論：
鐵牛改造后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，電機(jī)的軟啟和軟停，電氣制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)的快速制動(dòng)和車(chē)皮的準(zhǔn)確定位，提高了生產(chǎn)效率，減少了系統(tǒng)對(duì)熟練操作工的依賴(lài)，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，減少了設(shè)備的維護(hù)量。同時(shí)減少了鐵牛與重車(chē)相撞的電流沖擊。設(shè)備運(yùn)行效率提高，節(jié)約電能，運(yùn)行可靠性增加。
參考文獻(xiàn)
[1] ABB ACS600標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)變頻器技術(shù)樣本。
[2] ABB ACS600固件手冊(cè)及固件手冊(cè)補(bǔ)充說(shuō)明主/從應(yīng)用宏。
作者簡(jiǎn)介
宋凱飛：合肥工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任職于深圳市庫(kù)馬克新技術(shù)股份有限公司，從事交流變頻調(diào)速及PLC控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作
