PLC和觸摸屏在直流起重機上的應用

　　摘要：隨著變頻技術的飛速發展，交流變頻調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備全部是直流起重機，受廠房條件及生產要素的制約，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，元器件數量多，故障率高且發現并排除故障困難，給煉鋼廠的生產造成了嚴重影響。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，平移機構電機采用串勵接線方式；起升機構電機上升時采用由電樞及換向繞組、勵磁繞組、制動器線圈及調速電阻串聯的切電阻調速方式；下降時則采用電樞與勵磁、制動器線圈并聯，利用改變電樞回路串接電阻及勵磁回路串聯電阻削弱磁場的調速控制方式（見圖1）。
　　
　　1.2存在問題
　　
　　起升機構采用并勵方式，弱磁調速時，直流制動器線圈與勵磁繞組串聯。
　　
　　（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，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，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速方式，系統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性保護，同時由于繼電器和接觸器數量多且故障點多，因此查找故障非常困難。
　　
　　2、系統硬件設計
　　
　　在工業控制領域內，PLC作為現場控制器，相比較工控機和自行開發的單片機，具有可靠性、抗干擾性及成本低等優點。并且隨著PLC數據運算處理及通訊功能的不斷增強，其在工業領域的應用越來越廣泛[1]。觸摸屏作為一種人機界面友好、組態編程便攜靈活的人機交互設備，正好彌補了PLC在人機交互方面的不足，發揮出PLC更多的潛能[2]。根據直流電機的原理和特性，本系統采用上位機與下位機相結合的控制結構，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模塊控制方式。
　　
　　3、系統軟件設計
　　
　　3．1上位機軟件設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、狀態監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狀態監控畫面
　　
　　該顯示主要包括系統動作狀態顯示、聯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（見圖4）。　　
　　3．1．3故障顯示畫面該顯示是本系統的一大特色，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和接觸器數量眾多，系統運行過程中只要有一處出現問題就會導致停機。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驗及水平要求很高。而現在在組態設計時把各個機構的限位開關通過紅綠兩種顏色進行了識別，紅色表明該限位開關動作了，綠色則表明正常。同時對各個機構的每個接觸器都進行了組態，當某個接觸器出現故障時，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內部時間繼電器可以克服起重機操作員的誤操作，實現起重機的檔位平穩過渡，并通過調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，防止電機堵轉和飛車，避免電阻、制動器及電機的損壞。
　　
　　4、結語

        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，也可以為鋼鐵行業其他老廠提供技術借鑒。