摘要：隨著變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速方式在起重機(jī)上的應(yīng)用越來越成熟、普及，但梅鋼煉鋼廠由于建廠初期引進(jìn)的是國外二手直流起重機(jī)，尤其是加料跨和鋼水接受跨兩條主要工藝線設(shè)備全部是直流起重機(jī)，受廠房條件及生產(chǎn)要素的制約，這兩跨起重機(jī)無法更新改造為交流起重機(jī)。但直流起重機(jī)由于其線路控制復(fù)雜，元器件數(shù)量多，故障率高且發(fā)現(xiàn)并排除故障困難，給煉鋼廠的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。本文介紹了由西門子PLC和觸摸屏為主組成的系統(tǒng)如何解決這一難題。
　　
　　1、直流起重機(jī)原理及缺點(diǎn)
　　
　　1.1 直流起重機(jī)原理
　　
　　煉鋼廠直流起重機(jī)電機(jī)為串勵(lì)型電機(jī)，平移機(jī)構(gòu)電機(jī)采用串勵(lì)接線方式；起升機(jī)構(gòu)電機(jī)上升時(shí)采用由電樞及換向繞組、勵(lì)磁繞組、制動(dòng)器線圈及調(diào)速電阻串聯(lián)的切電阻調(diào)速方式；下降時(shí)則采用電樞與勵(lì)磁、制動(dòng)器線圈并聯(lián)，利用改變電樞回路串接電阻及勵(lì)磁回路串聯(lián)電阻削弱磁場的調(diào)速控制方式（見圖1）。
　　
　　1.2存在問題
　　
　　起升機(jī)構(gòu)采用并勵(lì)方式，弱磁調(diào)速時(shí)，直流制動(dòng)器線圈與勵(lì)磁繞組串聯(lián)。
　　
　?。?）當(dāng)空載快速打高速檔運(yùn)行時(shí)，其勵(lì)磁電流I1約為額定電流的5O％（弱磁），制動(dòng)器不易打開，弓I起電機(jī)堵轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)電樞電流Ia將達(dá)到額定電流的5～6倍，從而使電樞繞組及軟化電阻燒壞。　　
　?。?）當(dāng)重載低速運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組處于強(qiáng)磁狀態(tài)，此時(shí)勵(lì)磁電流Ii約為額定電流的1．6倍，長時(shí)問運(yùn)行將損壞勵(lì)磁繞組及調(diào)速電阻。另外由于直流起重機(jī)控制采用繼電器加接觸器串電阻調(diào)速方式，系統(tǒng)只能有一些簡單的邏輯保護(hù)，對于各種電機(jī)飛車、火花過大及部分操作失誤等無法進(jìn)行系統(tǒng)性保護(hù)，同時(shí)由于繼電器和接觸器數(shù)量多且故障點(diǎn)多，因此查找故障非常困難。
　　
　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)，PLC作為現(xiàn)場控制器，相比較工控機(jī)和自行開發(fā)的單片機(jī)，具有可靠性、抗干擾性及成本低等優(yōu)點(diǎn)。并且隨著PLC數(shù)據(jù)運(yùn)算處理及通訊功能的不斷增強(qiáng)，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[1]。觸摸屏作為一種人機(jī)界面友好、組態(tài)編程便攜靈活的人機(jī)交互設(shè)備，正好彌補(bǔ)了PLC在人機(jī)交互方面的不足，發(fā)揮出PLC更多的潛能[2]。根據(jù)直流電機(jī)的原理和特性，本系統(tǒng)采用上位機(jī)與下位機(jī)相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，上位機(jī)采用觸摸屏，下位機(jī)采用PLC作為主控單元。PLC和觸摸屏的通訊采用PROFIBUS總線方式，控制系統(tǒng)硬件框圖見圖2。　　
　　（1）觸摸屏選型：觸摸屏選用西門子公司TP270B觸摸屏；
　　
　　（2）PLC選型：PLC選用西門子公司S7300系列，CPU采用的是s7—315-2DP，該P(yáng)LC具有體積小、功耗低及功能強(qiáng)的特點(diǎn)。I／O模塊全部采用具有光電隔離和可插撥等特點(diǎn)的模塊，并留有適當(dāng)余量。電流檢測采用電流傳感器加模擬量模塊控制方式，速度檢測采用編碼器加高速計(jì)數(shù)模塊控制方式。
　　
　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　
　　3．1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件采用西門子觸摸屏軟件PROTOOL。整個(gè)畫面由3部分組成：主畫面、狀態(tài)監(jiān)控畫面和故障顯示畫面。
　　
　　3．1．]主畫面主要顯示整機(jī)的信息（見圖3）。　　
　　3．1．2狀態(tài)監(jiān)控畫面
　　
　　該顯示主要包括系統(tǒng)動(dòng)作狀態(tài)顯示、聯(lián)動(dòng)臺手柄位置顯示和電流電壓趨勢圖。通過電流電壓趨勢圖可以很直觀地知道起重機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)（見圖4）。　　
　　3．1．3故障顯示畫面該顯示是本系統(tǒng)的一大特色，zui大程度方便了用戶故障排查。直流起重機(jī)中各種限位開關(guān)和接觸器數(shù)量眾多，系統(tǒng)運(yùn)行過程中只要有一處出現(xiàn)問題就會導(dǎo)致停機(jī)。排除故障時(shí)要一個(gè)個(gè)去查，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，同時(shí)對排故障人員經(jīng)驗(yàn)及水平要求很高。而現(xiàn)在在組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)把各個(gè)機(jī)構(gòu)的限位開關(guān)通過紅綠兩種顏色進(jìn)行了識別，紅色表明該限位開關(guān)動(dòng)作了，綠色則表明正常。同時(shí)對各個(gè)機(jī)構(gòu)的每個(gè)接觸器都進(jìn)行了組態(tài)，當(dāng)某個(gè)接觸器出現(xiàn)故障時(shí)，在觸摸屏畫面會自動(dòng)彈出該接觸器的故障信息，如線圈開路或粘連，通過觸摸屏可以直觀地知道故障的部位及故障的類別（見圖5）。　　
　　3.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
　　
　?。?）下位機(jī)（PLC）程序采用梯形圖編程，軟件為西門子公司STEP7V5．3，控制程序流程圖見圖6。　　
　?。?）由于采用了PLC邏輯控制，對原先采用繼電器控制的老直流起重機(jī)存在的問題，如電機(jī)堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致電阻和制動(dòng)器線圈易燒損等故障及電機(jī)飛車、火花大等問題都可以迎刃而解。通過PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器可以克服起重機(jī)操作員的誤操作，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的檔位平穩(wěn)過渡，并通過調(diào)整電阻切除時(shí)間可以減小電機(jī)換向火花大的缺點(diǎn)；通過電流檢測模塊和編碼器可以使起重機(jī)根據(jù)實(shí)際電流和速度的大小來控制相應(yīng)接觸器工作，防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)和飛車，避免電阻、制動(dòng)器及電機(jī)的損壞。
　　
　　4、結(jié)語

        PLC和觸摸屏在煉鋼廠22號直流起重機(jī)上的成功應(yīng)用為梅鋼煉鋼廠加料跨和鋼水接受跨的其他直流起重機(jī)今后的電氣改造指明了方向，也可以為鋼鐵行業(yè)其他老廠提供技術(shù)借鑒。