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摘 要：以炼钢厂220T大型天车为例，介绍PLC和调压柜在重型铸造起重机上的应用。
关键词：天车；PLC；调压；调速
天车起重设备在炼钢生产过程中有着广泛的应用，担负着倒运物资、衔接各工序的重要作用，种类多、负荷大，高温、高空、立体、交叉、动态作业，完成各种复杂的任务。
目前炼钢厂传统设计的大型天车，控制复杂且零散，线路繁多，操作线容易短路或接地，发现故障较慢，容易造成停车事故，小则使炼钢生产无法连续进行，大则使整条生产线瘫痪，炼钢损失严重。现采用新型的PLC控制系统的天车，克服了传统天车的各种缺点，它的电气控制集中度高，PLC及调压柜运行稳定，保证了炼钢及连铸的正常生产。
1 PLC的电气控制方式
PLC的工作原理：天车工通过控制联动台上的手杆，发出相应的控制指令，PLC根据内部编程运算，发出相应信号，以达到控制各部件运行的目的，如图1所示。
实际上，PLC的本质是将传统的继电器控制系统的中间继电器、时间继电器、常开常闭点、辅助点等一些可以模拟的器件都统一到PLC内部，根据实际要求进行有机编排。可以无限重复使用这些模拟器件，成本不增加，也不用人工去安装真实的器件。越先进的PLC，输入点和输出点越多，逻辑计算能力越强，执行程序的速度越快，实时性能越好。
本系统PLC选用西门子S7-300。在主梁电气室内设有一主站，在操作室内设有一子站。天车各大部件，包括主钩﹑副钩﹑主小车﹑副小车﹑大车运行等，均通过控制电缆一一对应接至PLC的输入端。PLC的输出点全部控制中间继电器，中间继电器的常开触点控制电气柜中的各部件主回路接触器，从而控制全车。这是一种集中操作、分散控制的系统，符合天车的操作要求。
该系统共设有156个数字输入点、48个数字输出点。PLC与其它数据接口通信采用MPI电缆连接。MPI电缆是多点接口的简称，物理层是RS-485，最大传输速率是12M bit/s。其抗干扰能力强，传输速度快，错误率低，能充分满足数据传输的要求。该系统采用的编程语言是梯形图编程语言，由厂家完成。
带有PLC的天车具有以下几个特点：
（1) 电气控制集成度高，便于电气人员维护。依据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，可以快速查找到故障原因，排除故障，有效保障生产的正常进行。
（2) 功能强，性价比高。PLC内有无数的编程元件，包括时间继电器，中间继电器等，它们可以实现很复杂的控制功能，与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。
（3) 可靠性高，抗干扰能力强。 （图片） 2 调压柜
2.1 调速
调压柜选用美恒THYROMAT系列数字式定子调压装置，调压调速系统为四象限运行，装置含三组可控硅，电机的方向转换是通过外接的2个换向接触器(带机械联锁)来实现的。调压柜的工作原理是控制单元通过改变绕线电机每相背对背并联的一组可控硅的触发角度来改变电机的定子电压。
220T天车的主钩是由2台320kW电机并联工作带动，属于大型电机，额定电流In约470A，在全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，即3290A。太大的启动电流对电网造成严重的冲击，并影响其它天车工作，而且增加了线损和变损。由于启动电流大，转子产生过大的起动转矩对机械的破坏性也相当大，造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，缩短寿命从而增加维护工作量和成本，如使连轴器损坏等。鉴于以上原因，必须降低电机的起动电流Ist。
改变输入电压U1就可以改变电机起动电流Ist。调压柜就是减少电机电压来进行调节起动电流Ist的。起动时晶闸管输出电压逐渐增加，电流也逐渐增加，电动机逐渐加速，直至晶闸管全导通，电动机工作在额定电压上。这一过程保证了电动机的正常起动。
电机的转速n在起重中的作用很重要，尤其是主钩升降的速度，如升降的速度太快，则天车工的反应跟不上，会出事故；如升降的速度太慢，则等待的时间太长，影响生产。所以电机的启动速度要适当，才能控制好天车，为生产服务，同时还要具备在不同的载重下有同样的速度。基于以上要求，电机的转速必须调节。
从电机转速公式可以看出，改变转差率s可以调速。220T用绕线转子回路串电阻和减压2种方法改变转差率s，调节电机转速n。绕线转子回路串电阻越大，转速越低；反之，则转速越大。电压低转矩小，则转速就低；反之转速越大。根据要求调节在绕线转子回路串入的电阻和电机输入电压U1，就可以达到调速的目的。而且绕线转子回路串入电阻能使天车具有更好的操控性。
因此调压柜在此过程中起了2个重要的作用：使电机正常起动；能够对电机进行调速。
2.2 速度负反馈控制系统
在调速过程中，220T天车引入了速度负反馈调压调速控制系统。
速度负反馈的工作模式如图2所示。其工作原理是电动机转速下降将使测速发电机输出电压U减小，而系统给定电压U*不变，偏差电压△U=U*-U增大，经过速度调节器放大后UK增大，使触发电路的α角减小，则由晶闸管组成的主电路输出的电压U增大，从而使电动机稳定运行。（图片） 速度负反馈系统优点：
（1)能够克服较大的速度变动。当电机负载转矩或电源电压有波动，引起转速有较大变化时，速度负反馈迅速做出反应，调节晶闸管导能角，增大或减小电机输入电压，调节电机转速。
（2) 电机能够拖动恒转矩负载并且转速有较宽的调节范围。如在空载或重载的情况下，电机转速相同，速度负反馈会调节输入电压，使电机恒转矩启动。
速度负反馈系统就是将电机转速控制在一个提前设定的转速n，使电机在软启动的条件下，把转速控制在一个合适的范围内，实现了良好的控制效果。启动完毕后，当被测的电机转速达到临界值时，系统自动输出全电压，进入开环控制，此时电机在额定电压、额定电流下工作。
在电机的转子上安装了一个比较精密的器件——编码器，可以测定电机转速n、转子位置等，给速度负反馈系统提供了必要的数据，整个系统的控制都是根据编码器测定的数据来进行的，是这个系统中比较重要的部分。
3 结语
从韶钢第三炼钢厂的实践证明，采用基于PLC及调压柜的控制系统可靠、运行稳定，减轻了维修人员的劳动强度。
参考文献
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[2] 廖常初．S7-300/400PLC应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2005
[3] 高鸿斌，等．西门子PLC与工业控制网络应用[M]．北京：电子工业出版社，2005
[4] 无锡高特自动化设备有限公司.220T冶金铸造调速起重机电气控制系统资料． 2006
[5] 大连华锐重工起重机有限公司.YZ系列铸造起重机使用说明书． 2008
9/20/2011
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