摘要：隨著變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速方式在起重機上的應用越來越成熟、普及，但梅鋼煉鋼廠由于建廠初期引進的是國外二手直流起重機，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，受廠房條件及生產(chǎn)要素的制約，這兩跨起重機無法更新改造為交流起重機。但直流起重機由于其線路控制復雜，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、直流起重機原理及缺點
　　
　　1.1 直流起重機原理
　　
　　煉鋼廠直流起重機電機為串勵型電機，平移機構(gòu)電機采用串勵接線方式；起升機構(gòu)電機上升時采用由電樞及換向繞組、勵磁繞組、制動器線圈及調(diào)速電阻串聯(lián)的切電阻調(diào)速方式；下降時則采用電樞與勵磁、制動器線圈并聯(lián)，利用改變電樞回路串接電阻及勵磁回路串聯(lián)電阻削弱磁場的調(diào)速控制方式（見圖1）。
　　
　　1.2存在問題
　　
　　起升機構(gòu)采用并勵方式，弱磁調(diào)速時，直流制動器線圈與勵磁繞組串聯(lián)。
　　
　　（1）當空載快速打高速檔運行時，其勵磁電流I1約為額定電流的5O％（弱磁），制動器不易打開，弓I起電機堵轉(zhuǎn)，此時電機電樞電流Ia將達到額定電流的5～6倍，從而使電樞繞組及軟化電阻燒壞。　　
　　（2）當重載低速運行時，勵磁繞組處于強磁狀態(tài)，此時勵磁電流Ii約為額定電流的1．6倍，長時問運行將損壞勵磁繞組及調(diào)速電阻。另外由于直流起重機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，對于各種電機飛車、火花過大及部分操作失誤等無法進行系統(tǒng)性保護，同時由于繼電器和接觸器數(shù)量多且故障點多，因此查找故障非常困難。
　　
　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　
　　在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)，PLC作為現(xiàn)場控制器，相比較工控機和自行開發(fā)的單片機，具有可靠性、抗干擾性及成本低等優(yōu)點。并且隨著PLC數(shù)據(jù)運算處理及通訊功能的不斷增強，其在工業(yè)領(lǐng)域的應用越來越廣泛[1]。觸摸屏作為一種人機界面友好、組態(tài)編程便攜靈活的人機交互設(shè)備，正好彌補了PLC在人機交互方面的不足，發(fā)揮出PLC更多的潛能[2]。根據(jù)直流電機的原理和特性，本系統(tǒng)采用上位機與下位機相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，上位機采用觸摸屏，下位機采用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PLC具有體積小、功耗低及功能強的特點。I／O模塊全部采用具有光電隔離和可插撥等特點的模塊，并留有適當余量。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數(shù)模塊控制方式。
　　
　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　
　　3．1上位機軟件設(shè)計上位機軟件采用西門子觸摸屏軟件PROTOOL。整個畫面由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)動作狀態(tài)顯示、聯(lián)動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的實時工作狀態(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。直流起重機中各種限位開關(guān)和接觸器數(shù)量眾多，系統(tǒng)運行過程中只要有一處出現(xiàn)問題就會導致停機。排除故障時要一個個去查，費時又費力，同時對排故障人員經(jīng)驗及水平要求很高。而現(xiàn)在在組態(tài)設(shè)計時把各個機構(gòu)的限位開關(guān)通過紅綠兩種顏色進行了識別，紅色表明該限位開關(guān)動作了，綠色則表明正常。同時對各個機構(gòu)的每個接觸器都進行了組態(tài)，當某個接觸器出現(xiàn)故障時，在觸摸屏畫面會自動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下位機軟件設(shè)計
　　
　　（1）下位機（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。　　
　　（2）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存在的問題，如電機堵轉(zhuǎn)導致電阻和制動器線圈易燒損等故障及電機飛車、火花大等問題都可以迎刃而解。通過PLC內(nèi)部時間繼電器可以克服起重機操作員的誤操作，實現(xiàn)起重機的檔位平穩(wěn)過渡，并通過調(diào)整電阻切除時間可以減小電機換向火花大的缺點；通過電流檢測模塊和編碼器可以使起重機根據(jù)實際電流和速度的大小來控制相應接觸器工作，防止電機堵轉(zhuǎn)和飛車，避免電阻、制動器及電機的損壞。
　　
　　4、結(jié)語

        PLC和觸摸屏在煉鋼廠22號直流起重機上的成功應用為梅鋼煉鋼廠加料跨和鋼水接受跨的其他直流起重機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。