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一、 系統(tǒng)概述：

    鐵牛是鋼鐵燒結(jié)廠"C"型翻車機卸車線的重要設(shè)備，承擔(dān)將機車牽引來的火車皮（重車）送到翻車機內(nèi)，由翻車機將物料卸掉的重要任務(wù)。其工藝過程如下：（1）、接車：鐵牛由一臺或多臺電機驅(qū)動出槽，經(jīng)過液壓平臺到運輸部與重車相撞。（2）、牽車：鐵牛由一臺或多臺電機驅(qū)動，將運輸部重車拖至液壓平臺。（3）、摘鉤：重車被牽至液壓平臺后，鐵牛與重車摘鉤，鐵?；夭邸＃?）、將最前面的一節(jié)車皮送至翻車機內(nèi)，鐵?；夭酆螅瑔右簤浩脚_油泵，抬起液壓平臺，重車由液壓平臺溜出，液壓平臺降落即完成一個循環(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)特點及運行情況：

    鐵牛改造前使用手動操作，通過兩臺132KW電機工頻驅(qū)動實現(xiàn)出槽和牽引，機械部分采用減速箱傳動，鐵牛出槽時一臺電機或兩臺電機正轉(zhuǎn)，當鐵牛快和重車相撞時，由操作工停止電機運轉(zhuǎn)，鐵?？孔詰T性與重車相撞，再由操作工啟動電機反轉(zhuǎn)，再牽引重車到液壓平臺，脫鉤后回槽。電機啟動時系統(tǒng)采用頻敏變阻器降壓啟動，停車時系統(tǒng)使用機械抱閘實現(xiàn)快速制動。

    該系統(tǒng)在運行過程中故障率高，維護量大，給正常的生產(chǎn)秩序帶來阻礙。具體表現(xiàn)在：盡管使用了頻敏變阻器，但啟動沖擊電流仍然很大，且電機頻繁啟動，嚴重影響電機的使用壽命；由于牽引車皮時負載慣性大，機械制動時經(jīng)常不能一次準確停車定位，造成電機的頻繁啟停。同時由于電機仍在旋轉(zhuǎn)時機械開始抱閘，剎車容易損壞。

    兩臺電機的速度和力矩分配不均，使機械齒條和電機的使用壽命受到影響。系統(tǒng)運行過程全部手動，效率低。操作工的工作量大。

三、鐵牛變頻改造方案及特點：

                                                                            圖二

        控制系統(tǒng)中加入S7-200或S7-300 PLC和ABB變頻器來實現(xiàn)自動控制、實現(xiàn)電機的軟啟動和電氣制動，原系統(tǒng)存在的問題得以解決，其原理框圖見圖2。自動控制系統(tǒng)選擇單周期和循環(huán)控制兩種方式。選擇單周期時，系統(tǒng)自動循環(huán)一個周期便停止，如果要繼續(xù)運行，則重新按啟動按鈕。選擇循環(huán)控制時系統(tǒng)自動循環(huán)運行，按下停止按鈕即時停止。另外再加入一套手動控制系統(tǒng)，不經(jīng)過PLC，直接控制繼電器，當PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)也能正常運行。

        具體描述：由于系統(tǒng)采用自動控制，所以鐵牛和重車的運行狀態(tài)和位置需要識別，回槽限位開關(guān)（7XK）、鐵牛的位置開關(guān)（8XK）、重車的到位置開關(guān)（9XK），限位開關(guān)的功能如下：

    鐵牛回槽限位開關(guān)（7XK）∶ 檢測鐵?；夭凼欠癯^極限
    鐵牛位置開關(guān)（8XK）∶ 檢測鐵牛是否在平臺上
    重車的位置開關(guān)（9XK）∶ 檢測重車是否在液壓平臺上

  注：液壓缸上限位開關(guān)（4XK）和下限位開關(guān)（5XK）取現(xiàn)場的現(xiàn)有信號。 且原系統(tǒng)有超極限開關(guān)（3XK），回槽極限（2XK），出槽極限（1XK），當工作系統(tǒng)選擇自動，通過檢測元件檢測系統(tǒng)的狀態(tài)和動作及ＰＬＣ對變頻器的狀態(tài)進行檢測，通過檢測結(jié)果，PLC完成對系統(tǒng)的動作進行控制來實現(xiàn)電機的自動控制。

        當自動系統(tǒng)啟動，鐵牛位于左限位位置，液壓平臺沒有抬升（通過液壓平臺的下限位開關(guān)檢測），鐵牛由兩臺或多臺電機帶動右移，8XK有動作，當鐵牛向右且8XK有輸出，鐵牛與重車相撞后，如果變頻器力矩超過設(shè)定力矩，則變頻器輸出信號給PLC，兩臺電機同時制動，延時后，兩臺電機同時反轉(zhuǎn)，帶動重車到液壓平臺，當位置檢測開關(guān)9XK有輸出時，兩臺電機同時制動，延時3秒，鐵牛自動向出槽方向運行2秒，鐵牛與重車通過人工或自動脫鉤，然后手動或自動讓兩臺或多臺電機帶動鐵牛回槽，回槽限位開關(guān)（7XK）有輸出時，兩臺或多臺電機同時制動并輸出信號給PLC，液壓電機手動啟動，液壓平臺抬升，最前面的一節(jié)重車與其后面的重車自動脫鉤并下滑，液壓平臺通過手動下降至最低處，一個循環(huán)結(jié)束。下一個周期可以開始。

        手動系統(tǒng)由于不經(jīng)過PLC，直接對繼電器和變頻器進行控制，只是增加兩臺變頻器，與原系統(tǒng)基本相同；形成一套冗余系統(tǒng)，在PLC發(fā)生故障時也能運行。手動時可連續(xù)運行和點動運行。

        系統(tǒng)使用ABB的兩臺變頻器，采用主從傳動，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，所有來自外部的數(shù)字、模擬輸入只進入主變頻器，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、運行、速度、力矩、電氣制動等緊緊跟隨。該系統(tǒng)的速度監(jiān)視功能使電氣制動到零速時快速實現(xiàn)機械制動，轉(zhuǎn)矩監(jiān)視功能不但保護了變頻器，還為系統(tǒng)確定了鐵牛撞上重車并拽穩(wěn)重車后使鐵牛自動牽引車皮往液壓平臺方向運行的信號。主從傳動方式中的速度、力矩控制使系統(tǒng)實現(xiàn)了兩臺到多臺電機的速度、力矩的平均分配，DTC控制使變頻器實現(xiàn)了對電機的精確的力矩控制，電氣制動加機械制動滿足了系統(tǒng)的快停和準確定位要求。手動加自動控制系統(tǒng)確保了系統(tǒng)的高效連續(xù)可靠運行。

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，使得鐵牛與重車相撞時，利用變頻器負載突然加大，轉(zhuǎn)矩突然上升，當輸出轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定轉(zhuǎn)矩時，輸出繼電器動作，給出控制信號到PLC。從而控制系統(tǒng)準備下一步動作。在此過程中可免去傳感器的檢測，且動作可靠，運行穩(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)中用了兩臺電機，當鐵牛出車時用一臺電機拖動，拖重車時兩臺電機同時運行，兩臺電機是通過齒輪連接同時拖動，電機與電機之間是硬連接，故兩臺電機之間力矩分配要均勻，不能使其中一臺電機處于重載狀態(tài)，另一臺電機處于輕載狀態(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電機同步性能差和負載分配不均的問題。且主從變頻器之間通過光纖通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好。

五、結(jié)論：

    鐵牛改造后，系統(tǒng)實現(xiàn)了自動控制，電機的軟啟和軟停，電氣制動加機械制動的快速制動和車皮的準確定位，提高了生產(chǎn)效率，減少了系統(tǒng)對熟練操作工的依賴，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，減少了設(shè)備的維護量。同時減少了鐵牛與重車相撞的電流沖擊。設(shè)備運行效率提高，節(jié)約電能，運行可靠性增加。

參考文獻
[1] ABB ACS600標準傳動變頻器技術(shù)樣本。
[2] ABB ACS600固件手冊及固件手冊補充說明主/從應(yīng)用宏。

作者簡介

宋凱飛：合肥工業(yè)大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)任職于深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司，從事交流變頻調(diào)速及PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)工作