浅谈天车自动控制系统的优化改进

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摘 要：冶金天车在高温、粉尘复杂的环境下工作时间过长，电气设备老化，且控制系统不精确，不完善，导致天车在运行时产生的事故率增加，影响生产的顺利进行。通过优化天车的电气控制系统，降低事故率，保障生产连续性。该项目主要技术内容为在我厂原有天车电器备件的基础上进行控制优化，通过参考国内外先进天车的控制技术，以及我厂拥有的高自动化天车技术为此次优化项目提供可靠的可行性。

关键词：冶金天车；PLC控制；双重保护

1 总体概况

一钢轧厂现有天车80部，直接参与从铁水到钢材成品的全部生产过程，其中钢区拥有40部，加料跨负责铁水直兑转炉兑铁、精炼跨负责精炼上钢、坯跨负责钢坯运输、渣跨负责钢渣处理等的重要任务。天车的连续作业性直接影响到成品钢材的质量以及生产线的产量。所以天车的可运行率显得尤为重要。混铁炉跨有29#、30#、31#三部天车，每部天车负责一个转炉的铁水直兑任务，是我厂的第一道工序，如果一部天车遇到突发故障而没能及时进行兑铁，转炉、精炼、连铸等后面的一系列工序无法进行而不得以停炉停机。

一钢轧厂混铁炉跨环境恶劣，温度高，粉尘大，电器仓密封性差，而且天车电源波动，机械振动，温度变化大，对于平凡使用而且年代相对较远的传统天车产生的影响更为突出，目前天车电器设备存在以下问题：一钢轧厂共有百吨以上天车10部，传统继电控制系统中的接触器和继电器等电器设备使用寿命短，接触器线圈经常由于短路、过热等情况烧毁，电动机在没有准确的电气系统控制下，不能发挥出正常功能，所以在起升或行车的过程中，电机调速功能以及反接制动功能不精确，出现溜钩、撞车等安全隐患；电气自动化程度不高，由于人为因素误操作导致撞车、顶钩现象发生的发生；在天车遇到突发故障时，天车操作人员与维修人员不能在最短时间恢复天车正常运行，影响生产节奏更严重时直接导致停产。所以精确天车运行，发挥各机械传动功能非常紧迫。项目正式实施后，由于增加改善了PLC控制系统，重锤限位具有更灵敏更精确的特性，彻底杜绝顶钩这一严重安全隐患。更加完善的零位保护系统和主钩、副钩优化系统，不会产生无控行车、无控起升所产生的撞车、全车断电、重物撞击地面设备，对地面人员环境安全设施有安全保障，使生产安全稳定的进行。

2 整体设计

2.1 设计概述

利用PLC控制系统，PLC具有抗干扰能力强，可靠性高，C在电子线路主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路，在结构上对耐热、防尘、抗震等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。PLC结构简单，通用型强，编程方便，易于使用；并且功能完善，设计、施工、调试的周期短，体积小维护操作方便等优点，在天车突发故障时，可以首先通过PLC模块中各个输入输出LED指示灯判断出故障点，大大缩短了维修工处理突发故障时处理的时间，对生产的连续性有了可靠的保障。通过从计算机网络查询国内外先进百吨以上PLC电气控制天车、查阅关于自动控制系统书籍、参考一钢轧厂18#天车电气控制方式、保护方式，再结合天车原有的PLC中CPU模块、主站与子站的输入输出模块、中间继电器备用情况，控制系统电路图、重点对保护盘电路控制进行研究，通过设计与研究，一些先进天车的电气操作系统部分功能完全可以运用到此天车，对保护盘硬件与系统程序再次分析后，决定对保护盘整改具有可行性。首先准备工作占此次整改工作的80%，不需要占用生产时间来完成，在工作室内就可以进行程序的编写，硬件组态等，大大节约了现场工作时间；其次，根据原厂电器系统配置，起升机构和行车机构都由PLC系统控制，PLC模块中有预留的备用输入输出接口，无需加装PLC模块及中间继电器插槽，所以利用PLC系统代替传统控制方式显得非常重要。

2.2 设计内容

2.2.1 优化天车停送电操作方式

对传统继电保护盘电路图分析，通过编写PLC程序可以实现原车保护盘的所有功能。原车继电控制系统通过紧急开关控制中间接触器，中间接触器再控制主电源，控制方式虽然简单，但安全性较低，而整改后的停送电方式控制设备升级，变为启动和停止红绿两个按钮开关，增加急停按钮，方便在无法控制天车时，紧急断电。把大继电器更改为安全电压内的LED指示灯继电器，更换直接拔插，节约抢修时间。控制点增加，在停送电操作时安全性能大大提高。

2.2.2 优化天车起升系统限位

增加重锤限位，原本天车只有一级限位，安装在主钩副钩滚筒附近，与滚筒同轴转动，内有安装齿轮结构在上升到限位高度触电弹开，主钩停止上升。但由于齿轮及触电工作可靠性不高，偶尔会发生失灵或者没有在限位高度弹开触点，存在极不安全的隐患，所以增加重锤限位，短封天车一级限位，指挥天车点动上升到一级限位，由天车工与维修工确定二级限位高度，在主钩滚筒处向下垂吊重锤限位，固定与接线，在重锤处安装U型固定支架，套在主钩钢丝绳上，防止重锤摆动。

在一级限位上20cm位置安装重锤，主钩钩头轮顶到重锤出发开关直接控制总断路器停止工作，防止顶钩现象发生。

2.2.3 增加天车零位保护

优化系统前，天车停送电工作是随时进行，各操作单元不必在零位时就可进行送电工作，当天车处于长时间停车状态后，由于各种原因有可能导致控制器不在零位，天车操作人员在吊运任务下达后，直接投入吊运工作，进行送电，不在零位的机构会突然产生负荷，进行动作，有可能导致大车撞车、小车失控、起升装置触发上升或下降限位，碰撞到地面人员及设备。

天车操作联动台自带零位触电，在零位时处于接通状态，而运行命令则处于断开状态，只有在零位进行送电工作是才不会导致天车的误动作，所以将天车起升机构、行车机构零位点全部串联到一起，并控制天车的送电系统才不会导致误动作的产生。

3 效果影响

在完成以上优化和改进后，31#天车没有出现由于保护盘无法送电而引起的天车突然停车情况，没有出现由于天车断电引起的撞车，溜钩现象。当31#天车出现故障时，维修时间大大缩短，处理突发事故的时间由原来的平均8分钟缩短到4分钟。通过观看PLC控制屏的继电器工作状态与主站从站的输入、输出信号能在最短的时间内找到故障的所在，并及时处理。增加零位保护系统之前，天车在送电之后，由于控制器没有处于零位而引起天车无控状态行车，主钩、副钩上升无控上升下降。增加零位保护系统后，所有控制器只有在零位时才能送点，没有出现过铁水钢包撞击墙面或者撞击下方设备人员情况。加装主钩、副钩系统优化功能，由于天车环境恶劣，主钩、副钩限位线时常会出现断裂接地等现象，通过优化，在天车主钩、副钩只能下降不能上升的情况下，天车工只需同时按下联动台优化按钮，可以保证主钩顺利起升一段距离，不会影响紧张的生产节奏，给维修工作赢得了抢修时间。将重锤限位写入PLC程序，可以时刻知道重锤限位的工作情况，避免了由于重锤限位失灵引发的安全隐患。