PLC在鑄造起重機安全製動器上的應用

摘 要：
以作者近年來所作的多套鑄造起重機的設計及現場調試為依據，介紹可編程序控製器（PLC）在鑄造起重機安全製動器電氣控製係統中一些共性及重要問題的控製與解決方案。

關鍵詞：
運行製動器；安全製動器；PLC

安全製動器是一種非常成熟可靠的產品，對安全製動器采用何種控製方式以確保其準確無誤的動作，使其在事故狀態下確實起到安全保護作用，對電氣控製提出了較高的要求，即控製的可靠性、準確性非常重要。
　　
1 安全製動器在鑄造起重機上的作用
鑄造起重機用於冶金行業，其工作任務是為冶煉爐運送鋼水。一般有5大機構：主起升，副起升、大車、主小車、副小車機構。電機安裝在高速軸上，卷筒安裝在低速軸上，高速軸和低速軸通過減速器連接在一起。傳統的起升機構製動器設在高速軸上，稱工作製動器。在這種情況下，如果高速軸和低速軸之間的某個傳動環節故障，主起升製動器對於卷筒將失去作用。針對這種情況，在卷筒上裝設製動器，稱安全製動器。在傳動環節故障和超速故障時，運行製動器先動作，安全製動器延時動作。確保起吊的液態金屬鋼水包能夠在事故狀態時受到保護並安全可靠製動。
　　
2 安全製動器控製方式
（1）卷筒上裝設超速開關，在起升機構故障且卷筒超速時，安全製動器動作。優點是控製原理比較簡單，調試方便。缺點是卷筒隻有在超速時才起作用，安全製動器動作對機械結構破壞較大。
（2）高低速的傳動速比是常數，通過裝置不間斷的檢測該常數。當這個常數發生變化時，就意味著機械的傳動環節被破壞，安全製動器立即動作。優點是在故障發生的初期就能判斷出來，使安全製動器動作，安全製動器動作對機械結構破壞較小。缺點是控製原理比較複雜，調試需專業電氣技術人員。
　　
3 安全製動器的控製硬件組成
（1）安裝在2卷筒上的2個編碼器。
（2）安裝在2主起升電機上的2個編碼器。
（3）安全製動器控製屏（或櫃）（安裝有：可編程控製器、斷路器、繼電器、接觸器、穩壓電源、接線端子等）。
（4）控製屏到4個編碼器的屏蔽電纜。
（5）安裝在操作台上的急停按鈕和故障複位按鈕，安全製動器鬆閘指示燈，編碼器故障指示燈等。
　　
4 電氣安裝與元件選型
安全製動器誤動作影響起重機的正常使用，可能造成更大的損失。如果安全製動器經常誤動作，使用者會對安全製動器所起的作用產生懷疑並失去信心。為了確保安全製動器不會誤動作，在可編程控製器的程序完全無誤並且可以正常工作的情況下，元器件的選型和電氣安裝顯得尤為重要。
　　
4．1電氣安裝
（1）控製屏到4個編碼器的屏蔽電纜中間無斷點，如有斷點要對斷點做屏蔽處理。
（2）控製屏到4個編碼器的屏蔽電纜的屏蔽層需2端接地，且保證是同一地。為保證是同一地，主小車上應裝有接地裝置。使主小車和大車處於同一地。
（3）計算屏蔽電纜的長度，確認編碼器脈衝信號的傳輸距離在有效的範圍內。
（4）4個編碼器的信號線和電源線用不同的屏蔽電纜。信號線和起重機上的各種電源線要分開布置。
（5）穩壓電源安裝在靠近可編程控製器處，並接地。
（6）信號線不上接線端子，直接接在可編程控製器輸入模塊上。
（7）如果起重機的某機構裝有變頻器或其他幹擾比較強的設備，要裝有進出線電抗器或其他裝置，把對安全製動器控製係統的幹擾減少到最少。
　　
4．2元件選型
（1）編碼器的選型要和可編程控製器相匹配。輸出方式要選推挽輸出方式。煉鋼廠的環境比較差，鐵粉塵很大，編碼器要選用比較高的防護等級值。編碼器的輸出電壓要和供電電壓值相匹配。
（2）可編程控製器要有4個獨立的高速計數器，且高速計數器的高速計數能力要能滿足要求。這需要通過計算來確定。實際使用中發現高速計數器的高速計數能力最好能達到1．5～2倍的實際需要計數能力，這樣才能確保可編程控製器程序正常工作。

5 PLC控製係統原理
（1）PLC控製係統
該係統選用西門子S7-200PLC進行控製，具有極高的性價比，較高的可靠性、豐富的指令，實時特性強的通訊能力，易於掌握，便於操作，豐富的內置集成功能和擴展模塊。PLC控製係統原理框圖見圖1。

（2）PLC程序編製
將程序結構化編程，控製任務分解為能夠反映過程的工藝、功能或可以反複使用的小任務，這些任務由相應的程序部分表示，即為所知的塊，為使用戶程序工作，組成用戶程序的塊必須被調用，塊調用指令隻能在邏輯中編寫和啟動。為了能讓程序正常工作，編製時要注意以下幾點：
①盡量使中斷程序短小、簡單。且執行中斷程序時對其他處理不要延時太長；
②幾個中斷程序的激活、執行、退出的工作時序要計算好；
③比較時要留有一定的餘量。
　　
6 結束語
該係統對安全製動器的控製已用於生產實踐中，對於鋼水的運送起到了保護作用，在意外事故狀態下避免了設備、財產損失，杜絕了人身傷亡事故的發生，在生產中對安全製動器的控製應用準確、可靠、良好。

OMRON 中大型PLC:CV/C500系列將於2012年3月停產，替代商品為CS1或CJ2系列 通知!

◆中大型PLC:CV/C500系列將於2012年3月停產，替代商品為CS1或CJ2系列，敬請及早對應!

1).中大型PLC:CV500/CV1000/CV2000/CVM1/CVM1D/C500將於2012年3月停產，替代商品為CS1或CJ2系列，敬請及早對應!

2).CVM1D雙CPU系列其替代商品只有CS1系列-CS1D，無CJ2替代商品，請注意!

工控機和PLC在低壓鑄造中的應用

1 引言

鑄造是人類掌握最早的一種金屬熱加工成形工藝，已有約6000年的曆史，是現代機械製造工業的基礎工藝。鑄造過程是將金屬熔煉成符合一定要求的液體並澆進鑄型裏，經冷卻凝固、清整處理後得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件(零件或毛坯)的工藝過程。鑄造生產的毛坯成本低廉，對於形狀複雜、特別是具有複雜內腔的零件，更能顯示出它的經濟性；同時它的適應性較廣，且具有較好的綜合機械性能。

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由於所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。其工藝過程是：在密封的坩堝(或電爐)中，通入幹燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過澆口平穩地進入型腔(金屬型)，並保持坩堝(或電爐)內液麵上的氣體壓力，經過一段時間的保壓，直到鑄件完全凝固為止。然後解除液麵上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液流坩堝(電爐)，再由氣缸開型並推出鑄件。低壓鑄造獨特的優點表現在以下幾個方麵：液體金屬充型比較平穩；鑄件成形性好，有利於形成輪廓清晰、表麵光潔的鑄件，對於大型薄壁鑄件的成形更為有利；鑄件組織致密，機械性能高。低壓鑄造是一種低壓強與低速度的充型鑄造方法，利用壓縮空氣作為充型動力，液體金屬充型要求平穩；保壓性好，鑄件成形性好，輪廓清晰、鑄件表麵光潔；要求模具冷卻性好，鑄件組織致密，機械性能高。

2 低壓鑄造自動化係統

2.1 係統結構

工控機和plc在低壓鑄造中的係統構成為了滿足低壓鑄造的要求，把工控機和plc組成一個有機係統，如圖1所示。本係統采用分級控製方式。由工控機完成液麵壓力控製和鑄型溫度(冷卻)控壓鑄造的要求。

圖1 低壓鑄造自動化係統

2.2 係統原理

低壓鑄造機壓力/溫度控製係統的計算機控製係統原理如圖2所示。

圖2 係統原理

(1)壓力控製：低壓鑄造機壓力控製係統的氣動原理如圖3所示，工控機和由其控製的液麵壓力i/o模板對數字組合閥島進行控製，實現了低壓鑄造壓力控製。工控機係統采用靈敏的壓力傳感器和軟件式pid控製器，在計算機屏幕上同時顯示鑄造過程的設定壓力曲線和實際控製壓力曲線，並進行疊加比較。在計算機屏幕上以四種顏色顯示四個測溫點的實時溫度曲線。另外用圖形來指示保溫爐內鋁液液麵情況，以提醒操作人員注意：當爐內金屬液少於最低限時，係統自動停止加壓。

圖3 壓力控製係統

y1～y9：調節閥(常閉)；
y11：進氣主閥(常閉)；
y13：爐子慢泄壓(常開)；
y14：爐子全部泄壓(常開)；
yk1：壓力開關，監測“0”mbar時的爐內壓力。出廠時調節為約50mbar；
yk2：壓力開關，監測最大爐內壓力，出廠時調節為約950mbar；
b1：壓力傳感器，0～1600mbar，4～20ma。檢測爐膛壓力；
b2：壓力傳感器，0～7000mbar，4～20ma。檢測進氣管氣源壓力。

(2)冷卻控製：工控機和由其控製的冷卻控製i/o模板控製了12個(5路風冷、7路風冷+水冷)冷卻通道，可任意選擇若幹個通道工作。對每路冷卻通道均提供了“on”、“off”、“auto”三種工作方式和按時間控製、按溫度控製兩種控製模式。人機界麵有冷卻畫麵，可任意開關調整電磁閥的通斷。

2.3 硬件配置

低壓控製係統配置如下：

(1)panel870麵板式工控機：piii700以上cpu、40g硬盤、128m內存、12液晶顯示屏、觸摸鍵盤、帶軟驅和dvd光驅、usb接口和rj45接口；

(2) 板卡：813b a/d板一套、1751d

i/o板一套、7216繼電器板一套(包括odc5或idc5b固態繼電器)、785繼電器板一套；

(3) s7-300 係列plc：

cpu模塊：cpu314一套，flash eprom 內存卡(64k)一個，ps307電源5a一個，sm321輸入模塊(32點 24v dc)3套，sm322輸出模塊(16點 24v dc)4套，40針端子3個，20針端子4個，480mm導軌1個。


3 項目評價

(1)控製係統實現對機器運行、液壓機械動作、鑄造工藝過程、保溫爐加熱、鑄型冷卻過程中包括壓力、溫度、時間、位置在內的工藝參數進行有效控製。係統具有數據保存功能，能夠存取、調整和管理鑄造參數。

(2) 控製精度高，充型、保壓階段壓力偏差值≤3mbar，升液階段壓力偏差值≤5mbar，升壓階段壓力偏差值≤10mbar。

(3)具有壓力自動補償能力，保溫爐內的壓力可以根據設定的曲線精確、重複再現，而不受保溫爐泄漏、供氣管路氣壓波動和金屬液位變動的影響(保溫爐嚴重泄漏除外)。

(4) 可根據工藝需要自由設定最多達八段的升壓曲線和一段保壓曲線。對於爐膛容積≤800l的爐型，最大升壓速度可達100mbar/s。

(5) 具有友好的人機界麵，可以方便的輸入各類工藝參數。

(6) 具有數據保存及調用功能。每個輪型的鑄造工藝參數可以輸入並確認後自動保存，以後可以直接從係統中調用。

(7) 低壓鑄造控製係統具有故障自檢功能，維修方便。

4 結束語

我國工業控製自動化技術飛速發展，特別是工控機和plc的應用更為成熟，經過近三年的努力，我們成功把工控機和plc同時應用在輪轂低壓鑄造機中。(end)