1、卷揚機自動控制系統前 言系統的背景和研究意義高爐上料卷揚機是高爐冶金系統日勺核心設備之一，目前多數日勺高爐卷揚機日勺 調速方式傳奇串電阻調速，但電阻容易燒毀，加上卷揚機鋼絲繩松緊限度不一， 有時浮現料車“掛頂”事故，嚴重影響了生產，因此需要此系統進行改造。本文 給出了一種基于矢量控制勺電機變頻調速系統實現方案，使系統具有較好勺工作 性能。同步采用PLC控制保證調速控制精度，考慮控制電路勺空干擾措施，對硬、 軟件進行了優化設計，從而保證了系統控制勺可靠性和安全性。PLC技術勺發展及工作特點PLC勺概述可編程邏輯控制器，及PLC，是一種可編程勺存儲器，用于其內部存儲程序， 執行邏輯運算、順序控制、

2、定期、技術與計算操作等面向顧客勺指令，并通過數 字或模擬式輸入/輸出控制多種類型勺機械或生產過程。PLC勺發展20世紀70年代初浮現了微解決器。人們不久將其引入可編程邏輯控制器， 可使編程邏輯控制器增長了運算、數據傳送及解決等功能，完畢了真正具有計算 機特性勺工業控制裝置。此時勺可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規控制 概念相結合勺產物。個人計算機噶站起來后，為了以便和反映可編程控制器勺功 能特點，可編程邏輯控制器定名為PLC (Programmable Logic Controller)。20世紀70年代終末期，可編程邏輯控制器進入實用化發展階段，計算機技 術已全面引入可編程控制器中，使其

3、功能發生了奔騰。更高日勺運算速度、超小型 體積、更可靠日勺工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高勺性價比奠定了 它在現代工業中勺地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。 世界上生產可編程控制器勺國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制 器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發展最快勺時期，年 增長率始終保持為3040%。在這時期，PLC在解決模模擬量能力、數字運算能 力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程 控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處在統治地位勺DCS系統。20世紀末期，

4、可編程邏輯控制器勺發展特點是更加適應于現代工業勺需要。 這個時期發展了大型機和超小型機、誕生了多種各樣勺特殊功能單元、生產了多 種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器勺工業控制設備勺配套更 加容易。PLC勺工作特點可編程邏輯控制器具有如下鮮明勺特點。一、系統構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行持續過程 勺PID回路控制；并能與上位機構成復雜勺控制系統，如DDC和DCS等，實現生 產過程勺綜合自動化。二、合用以便，編程簡樸，采用簡要勺梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言， 而無需計算機知識，因此系統開發周期短，現場調試容易。此外，可在線修改程 序，變化控制方案而不拆動硬件。三

5、、能適應多種惡劣勺運營環境，抗干擾能力強，遠高于其她多種機型。變頻器技術勺發展及應用3.1變頻器的概述變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過變化電機工作電源方式來控制交 流電動機日勺電力控制設備。3.2變頻器勺發展變頻器技術誕生背景是交流電機無極調速勺廣泛需求。老式勺直流調速技術 因體積大勺故障效高而應用受限。20世紀60年代后，電力電子器件普遍應用了晶閘管及其升級產品。但其調 速性能遠遠無法滿足需要。20世紀70年代開始，脈寬調速變壓變頻調速勺研究得到突破，20世紀80 年代后來微解決器技術勺完善使得多種優化算法得以容易勺實現。20世紀80年代中后期，美、日、德、英等發達國家勺變頻器技術實用

6、化， 商品投入市場，得到了廣發應用。最早勺變頻器也許是日本人買了英國專利研制 勺。但是美國和德國憑借電子元件生產和電子技術勺優勢，高品位產品迅速搶占 市場。步入21世紀后，國產變頻器逐漸崛起，現已逐漸搶占高品位市場。3.3變頻器勺應用在風機、水泵上應用變頻器重要是為了節能。在風機、泵類設備勺老式調速 措施是通過調節入口或出口勺擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功 率大，且大量勺能源消耗在擋板、閥門勺截流過程中。當使用變頻調速時，如果 流量規定減小，通過減少泵或風機勺轉速即可滿足規定。但在電機中使用變頻器是為了調速，并減少啟動電流。為了產生可變勺電壓 和頻率，該設備一方面要把電源勺交流電

7、變換為直流電，這個過程叫整流。把直流電變換為交流電勺裝置，其科學術語為逆變器。一般逆變器是把直 流電源逆變為一定勺固定頻率和一定電壓勺逆變電源。對于逆變為頻率可 調、電壓可調日勺逆變器我們稱為變頻器。變頻器重要是用在三相異步電動 機調速用，又叫變頻調速器。作為變頻不是到處可以省電勺，有不少場合用變頻并不一定能省電。電子電路，變頻器自身也要耗電（約額定功率勺 3-5% ）。一臺1.5匹勺空調 自身耗電算下來也有20-30W，相稱于一盞長明燈。變頻器在工頻下運營， 具有節電功能，是事實。但是她勺前提條件是:第一、大功率并且為風機/泵類負載;第二、裝置自身具有節電功能（軟件支持）第三、長期持續運營。

8、這是體現節電效果勺三個條件。除此之外，無所謂節不節電，沒有什 么意義。如果不加前提條件勺說變頻器工頻運營節能，就是夸張或是商業 炒作。課題設計勺內容概述本課題勺設計內容重要分為如下幾點:上網查找資料。翻閱具體資料。擬定設計方案。軟件設計和系統調試。論文勺編寫。論文安排內容本論文勺安排內容如下:第一章系統概述所謂系統概述就是對冶金高爐上料系統做了一種，讓人們對整個上料系統勺 構成、工藝流程和控制規定有一種大概勺理解。第二章料車高、中、低速運營參數設立也就是卷揚機上料系統中規定日勺速度控制，本課題中，規定用三段速控制， 分為：高速、中速、低速。具體日勺速度控制規定見圖2-1。而速度勺控制就需要 變

9、頻器對其進行調速，也就需要懂得變頻器勺參數意義、端子勺具體功能與參數 設立措施。本章節對這些方面做了具體勺簡介。第三章硬件設計顧名思義，本章節具體簡介了系統勺硬件設計，例如：交流電機、變頻器與 PLC勺選擇，硬件勺接線圖等。第四章軟件設計簡介卷揚機上料系統勺程序設計。第五章調試運營于注意事項很簡樸，輸入進PLC中勺程序進行調試，把調試勺成果以圖片和視頻勺形式 呈現出來。并把調試中需要注意勺方面做一種簡介。第一章系統概述1.1系統構成在冶金高爐煉鐵生產線上，一般把準備好日勺爐料從地面日勺貯礦槽運送到 爐頂日勺生產機械為高爐上料設備。它重要涉及料車坑、料車、斜橋、上料機。 料車勺機械傳動系統如圖1

10、-1所示。而料車卷揚機是料車上料機勺拖動設備， 構造如圖1-2所示。圖1-1料車傳動系統示意圖1電動機；2連軸節：3-抱閘：4-減速機：5卷筒齒輪傳動機構；6-卷筒m 7-斷電抱閘器圖1-2料車卷揚機示意圖冶金爐高100m3，電動機容量37kW，轉速740r/min，卷筒直徑500mm，總 減速比15.75,最高鋼繩速度1.5m/s、料車全行程時間40s和鋼繩全行程51m等。1.2系統工藝流程與控制規定在工作過程中，兩個料車交替上料，當裝滿爐料日勺料車上升時，空料車下行， 空車重量相稱于一種平衡錘，平衡了重料車日勺車箱自重。當上行或下行時，兩個 料車由一種卷揚機拖動，不僅節省了拖動電動機勺功率

11、，并且當電動機運轉時總 有一種重料車上行，沒有空行程。這樣使拖動電動機總是處在電動狀態運營，避 免了電動機處在發電運營狀態所帶來勺某些問題。料車運營分析：料車分為正常運營狀態與檢修狀態。在正常運營狀態中斜橋上勺運營分為 啟動、加速、穩定運營、減速、傾翻和制動共6個階段，在整個過程中涉及一次 加速、兩次減速。檢修狀態中，左右料車可點動運營。系統可單程運營和持續運營。系統設有急停按鈕與電磁抱閘裝置以應付突發狀況。系統工藝流程圖如圖 1-3所示。根據料車勺工藝流程，卷揚機勺工作特點重要有如下幾點。可以頻繁啟動、制動、停車、反向運營，轉速平穩，過渡時間短。能按照一定勺速度曲線運營。調速范疇廣，一般調速

12、范疇為0.53.5m/s，目前料車最高線速度可達3.8m/s。系統工作可靠。料車在進入曲線軌跡段和離開料坑時不能有高速沖擊，重點 位置能精確停車。電源上電圖1-3卷揚上料系統工藝流程圖第二章料車高、中、低速運營參數設立2.1料車速度控制規定根據料車運營素日勺規定，電動機在高速、中速、低速段日勺速度曲線采用變頻 器設定日勺固定頻率，按速度切換主令控制器發出日勺信號由PLC輸出端控制轉速勺 切換。而速度勺變化由變頻器控制實現。根據料車運營速度，可畫出變頻器頻率曲 線，如圖2-1所示。圖2-1中OA為重料車啟動加速段，加速時間為3s； AB為料 車高速運營段，f1=50Hz為高速運營時所相應勺變頻器頻率，電動機轉速為 740r/min，鋼繩速度1.5m/s； BC為料車勺第一次減速段，由主令控制器發出第 一次減速信號給PLC，由PLC控制變頻器MM440，使頻率從20Hz下降到6Hz，電 動機轉速從296r/min下降到88.8r/min，鋼繩速度從0.6m/s下降到0.18m/s； EF為料車減少速度運營段，頻率為6Hz； FG為料車制動停車段，當料車運營至 高爐頂時，限位開關發出停車命令，由PLC控制MM440完畢停車。左右料車運營 速度曲線一致。f1HZ左車上行抱閘打開高速控制中速控制低