一、高爐卷揚上料及布料過程簡介
高爐上料的形式主要有兩種:一是卷揚料車上料，二是皮帶上料，由于料車上料占地面積小，在中小高爐中得到廣泛的應(yīng)用，如中型高爐卷揚系統(tǒng)采用雙電機控制，小高爐采用單電機控制。卷揚上料系統(tǒng)的主要過程是：各種原料經(jīng)過槽下配料后放入中間料斗，料車到料坑后，中間斗把料放入料車，中間斗閘門關(guān)到位并且爐頂準備好后，料車啟動，經(jīng)過加速－勻速（高速）－減速1－減速2，到達爐頂。
二、控制系統(tǒng)方案
（一）上料及爐頂系統(tǒng)主要電氣設(shè)備
1．卷揚機構(gòu)交流電機功率160kW，三相交流380伏一臺?！ ?br />
2．冷卻風(fēng)機電機3.7kW，三相交流380伏一臺?！ ?br />
3．料車制動器1kW，兩相交流380伏兩臺。
4．料車行程編碼器，OMRON一臺
5．智能主令控制器一臺
6．料車切換柜一面、交流變頻傳動柜2面，一用一備，制動電阻柜一面
7．料車變頻器選西門子6SE70 200kW兩臺，配套制動單元
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1．料車卷揚機：料車卷揚機按料車行程曲線運行；
2．在PLC及操作臺手
動方式下，滿足高、中、低速調(diào)速要求；
3．料車啟動、停車及加、減速應(yīng)平穩(wěn)，速度控制受負載（空載或滿載）影響較?。弧 ?br />
4．主卷揚有鋼繩松弛保護和極限張力保護裝置（過流保護）；
5．料車有行程極限,超極限保護裝置，低速檢查保護；
6．料車尚未到達行程終點的卷筒反轉(zhuǎn)保護；在卡車的狀態(tài)下,可允許停車或有控下行。
?。ㄈ┰O(shè)計方案
系統(tǒng)框圖如圖1所示：
1．主卷揚變頻調(diào)速裝置 我們采用西門子公司的6SE70全數(shù)字交流變頻調(diào)速供電裝置。系統(tǒng)配置了配套制動單元和獨立的制動電阻柜，采用能耗制動方式實現(xiàn)卷揚系統(tǒng)的制動。供電裝置的工作方式選用一備一用方式，通過切換柜中的三刀雙擲刀開關(guān)完成備用切換。每個變頻器的控制信號通過切換柜的電氣設(shè)備來完成基本聯(lián)鎖及控制，在主PLC與切換柜之間、操作臺與切換柜之間利用繼電器相互隔離，使料車的控制可以由PLC或操作臺分別控制系統(tǒng)，提高整個系統(tǒng)的可靠性。抱閘由6SE70裝置中的抱閘專用控制功能來實現(xiàn)料車運行中的抱閘控制及聯(lián)鎖控制。
調(diào)速裝置的交流進線是通過交流進線電抗器解耦，并且進線電抗器設(shè)置在電源切換柜中，相當于兩套變頻器共用一臺進線電抗器。在切換開關(guān)后面分別接兩臺出線電抗器，消除出線高次諧波，保護電機。
料車定位采用絕對值編碼器來完成，信號是格雷碼，以開關(guān)量的形式送給PLC；主令控制器采用增量式編碼器，脈沖信號送給主令控制器的內(nèi)部小PLC。料車定位編碼器器通過Profibus-DP與PLC聯(lián)網(wǎng)。
2．料車定位
高爐卷揚料車的傳統(tǒng)定位方式是機械式的主令控制器，目前來看，使用起來有很多問題，定位精度差，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，機械觸點容易氧化，位置發(fā)生變化后，必須休風(fēng)，跑幾次空車，調(diào)整料車位置。我們現(xiàn)在采用的方案是智能主令控制器與編碼器（PLC）結(jié)合對料車進行定位，通過數(shù)字面板來調(diào)整料車位置，如料車位置發(fā)生變化，只需在數(shù)字面板上改變料車位置的數(shù)值即可完成對料車的定位。同時，主令控制器所檢測到的數(shù)據(jù)與主PLC中的數(shù)據(jù)相比較，誤差小于允許值時認為定位準確。
3．料車運行簡介
料車在料坑底部（另一料車在頂部），備料裝好后，地坑閘門關(guān)閉，爐頂受料斗料空，申請上料，由主PLC發(fā)出命令給變頻器，6SE70在接到開車命令后系統(tǒng)解封。通過6SE70系統(tǒng)中的抱閘控制功能，建立在抱閘狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩限幅給出的啟車力矩電流后，6SE70系統(tǒng)發(fā)出打開抱閘命令，使抱閘打開，實現(xiàn)料車的平穩(wěn)啟動。當料車啟動運行后，所需的運行力矩電流大于啟車力矩電流后，原來建立的轉(zhuǎn)矩限幅將恢復(fù)到正常的限幅值。啟車后，料車將以啟車加速度a1=0.25m/s2進行加速至V＝2.36m/s。待爐頂另一料車退出分歧軌后，當上行料車運行至接近爐頂時，由主令控制器發(fā)出減速1信號給切換柜，由切換柜發(fā)給6SE70使料車按a3=0.25m/s2減速至V=1.0m/s的中速運行。當上行料車進入分歧軌前，主令控制器發(fā)出減速2的命令，使料車以a3=0.2m/s2減速，在此過程中主令控制器器還會發(fā)出低速檢查命令，6SE70系統(tǒng)此時會根據(jù)料車在此點的實際運行速度作出比較判斷，料車運行至爐頂時，主令控制器發(fā)出停車命令，由PLC控制6SE70完成停車，抱閘閉合，此時料車的停車位置應(yīng)是工藝要求的角度，即能將車內(nèi)的爐料倒凈而又不撞極限彈簧。
4．料車運行保護
所有使用卷揚上料的廠家，最擔(dān)心的就是料車失控，產(chǎn)生飛車事故，一旦出現(xiàn)此類事故，那么所造成的停產(chǎn)時間和損失都無法估算，為避免這樣的事故發(fā)生，我們重要采取的措施是松繩檢測和低速檢查保護。有松繩現(xiàn)象出現(xiàn)時，松繩開關(guān)會立
刻給PLC發(fā)出信號，PLC收到松繩信號以后，立刻給供電裝置發(fā)出停車命令，并同時給抱閘發(fā)出停車的命令。作為卷揚上料無論是直流裝置還是交流裝置，都是用速度閉環(huán)的方式，在工藝要求低速的地方增加主令控制信號，該信號觸發(fā)變頻器的速度比較功能，一旦出現(xiàn)飛車失控的現(xiàn)象，比較值大于設(shè)定值測速裝置就會向供電裝置發(fā)出真實的速度信號，裝置通過對速度信號鑒別，發(fā)現(xiàn)本給定所需要的反饋信號不符，那么裝置就會自動關(guān)閉，并同時向控制它的PLC發(fā)出故障信號，接到信號以后，PLC馬上發(fā)出停車抱閘的指令，并按程序設(shè)定進行斷電等其它保護措施。
5、系統(tǒng)特點
系統(tǒng)將PLC技術(shù)與變頻器技術(shù)相結(jié)合，極大地提高系統(tǒng)性能，成為生產(chǎn)控制的堅實基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出以下幾個有特色的功能。
?。?）設(shè)備故障檢測報警：這一功能由兩部分構(gòu)成:PLC中的實時檢測程序和計算機上的報警及記錄程序?！ ?br />
?。?）料車定位：采用主令控制器與編碼器（PLC）結(jié)合對料車進行定位，定位準確，調(diào)整方便，在約60m長的軌道上定位精度可達0.6cm?！ ?br />
（3） 料車啟動控制：料車啟動前，必須提前判斷爐頂狀態(tài)，防止在軌道中間停車。目前為追求產(chǎn)量，都是大料批上料，料車如在軌道中間停車，再啟動時較危險。
（4） 安全獨立操作方式：由主PLC和操作臺分別獨立控制主卷揚系統(tǒng)，并且與切換柜相互隔離，提高降低系統(tǒng)的故障率?！ ?br />
?。?）開抱閘控制：開抱閘采用力矩電流的百分值由變頻器BICO參數(shù)輸出給抱閘接觸器，來控制打開，通過現(xiàn)場調(diào)試測定合適的力矩值，在變頻器建立起該力矩后，再打開抱閘，可有效的防止誤動作及溜車故障。
（四）應(yīng)用效果
卷揚控制系統(tǒng)是實現(xiàn)了高爐生產(chǎn)全過程自動控制的基礎(chǔ)，通過采用先進的傳感器技術(shù)以及穩(wěn)定的PLC控制技術(shù)大大提高了這個高爐生產(chǎn)最重要環(huán)節(jié)的準確性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)自投入運行以來一直穩(wěn)定運行，對高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，降低成本，減輕工人勞動強度起著重要作用，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
