冶煉隧道窯頂車機控制系統(tǒng)設(shè)計分析

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摘要：本文對傳統(tǒng)頂車機做了改進(jìn)，用電動缸代替原來的液壓系統(tǒng)。采用PLC控制伺服電機，達(dá)到對電動缸的精準(zhǔn)控制，頂車機在速度、位置控制上比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更精確。反應(yīng)釜內(nèi)物料在窯內(nèi)具有最佳反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，提高了冶煉產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：頂車機；電動缸；PLC；控制

頂車機是隧道窯生產(chǎn)線上的重要設(shè)備。主要功能是運載反應(yīng)釜進(jìn)出窯爐。頂車機的運行速度，可以改變反應(yīng)釜在窯內(nèi)的停留時間，可以使反應(yīng)釜內(nèi)物料在窯內(nèi)具有最佳反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間。合理的頂車速度是冶煉產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也使窯內(nèi)熱能得到充分利用，可以提高生產(chǎn)線的效率。傳統(tǒng)頂車機要是通過一套液壓系統(tǒng)推動窯車向前運動。液壓系統(tǒng)包括液壓泵、直流電機、電磁閥、管路、配電箱等。需要定期維護(hù)，更換液壓油和過濾器等配件，容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。另外當(dāng)液壓系統(tǒng)由于管路爆裂失壓，無法通過手動方式驅(qū)動軸向動作。液壓系統(tǒng)需要控制閥門開關(guān)大小來控制窯車運行速度，控制復(fù)雜，精度不高。

1系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點

本成果的主要創(chuàng)新點是把電動缸與PLC控制相結(jié)合應(yīng)用在頂車機中，通過PLC和驅(qū)動伺服電機達(dá)到對電動缸的精準(zhǔn)控制。目前，電動缸技術(shù)用在頂車機上在國內(nèi)外屬于首次。相比于液壓系統(tǒng)，電動缸控制在速度、壓力和位置方面更加精確，可以做到頂車控制和窯內(nèi)各個被控制點的嚴(yán)格控制相匹配，大大提高了生產(chǎn)線的效率。電動缸不需要復(fù)雜的成套系統(tǒng)支持，（包括泵，管道，閥門，過濾器，很多接頭等）；可以節(jié)約很多的空間，而且在無維護(hù)的情況下，安全可靠的工作；沒有油污的污染，大幅度降低噪音（噪聲小于60分貝），保持潔凈/安靜的工作環(huán)境。

2系統(tǒng)的技術(shù)原理及工作流程

產(chǎn)品技術(shù)原理是用電動缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)頂車機的液壓系統(tǒng)。頂車機控制系統(tǒng)采用PLC（本成果采用的是三菱Q系列PLC）+工控計算機控制。上位機（工控計算機）界面可以顯示窯車的速度、位置、推力等數(shù)據(jù)，并且在PLC中實現(xiàn)閃圖效果，便于操作人員迅速找出故障點的位置。下位機PLC軟件設(shè)計上，按照冶煉工藝數(shù)據(jù)要求，融合采集到窯爐內(nèi)數(shù)據(jù)信息，采用PID算法控制頂車機運行，通過PLC定位模塊對伺服電機精準(zhǔn)控制，進(jìn)而精確控制窯車的運行速度和定位窯車的位置。頂車機工藝流程如下：頂車機定時時間到——擺渡車前有搖車到位——擺渡車在回車線上準(zhǔn)確定位——擺渡車上無窯車——夾緊裝置為松開狀態(tài)——推車機啟動推動窯車上擺渡車——窯車到位——推車機返回——推車機到位停止——電磁夾緊裝置將窯車夾緊——夾緊到位后——擺渡車正向啟動，低速向窯頭方向移動——擺渡車變高速運行——接近窯頭時候變低速，繼續(xù)向窯頭移動——進(jìn)入定位對軌狀態(tài)——對軌成功——擺渡車停止——頂車機前進(jìn)，將窯車頂入窯內(nèi)——當(dāng)頂車機到位后——頂車機返回——頂車機返回到位后——頂車機停止——擺渡車反向高速啟動——擺渡車快速返回——轉(zhuǎn)為反向低速——進(jìn)入反向?qū)壎ㄎ弧ㄎ唤Y(jié)束——擺渡車停止——將窯車頂?shù)綌[渡車前等待——等待下一次定位時間到。工作流程圖如圖1所示。

3系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用三菱Q系列PLC，由CPU模塊+I/O模塊+定位模塊+A/D模塊+D/A模塊+通信模塊組成。I/O模塊提供了無源節(jié)點的開關(guān)量輸入采集，繼電器輸出等功能。定位模塊選用4軸定位模塊，開路集電極脈沖輸出，具有定位功能，可以進(jìn)行位置控制、速度控制、位置-速度切換控制功能等。頂車機、推車機、擺渡車采用的是伺服電機，通過對伺服電機的PID閉環(huán)控制，實現(xiàn)對小車的精確控制。A/D模塊主要是采集窯車速度和推力的模擬信號，供操作人員實時觀察和操控。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4系統(tǒng)程序設(shè)計

編程軟件用GX-Developer。程序中包括程序初始化、報警程序、速度控制程序、位置控制程序、A/D程序等部分組成。設(shè)備啟動時，程序首先自檢，檢測個限位是否到位，滿足初始條件后執(zhí)行下步動作。電動缸位置速度控制部分程序如圖3。

5結(jié)語

本系統(tǒng)首次把電動缸應(yīng)用在頂車機中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓系統(tǒng)，通過PLC和伺服電機，精確控制窯車的運動，提高了冶煉產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，靜音效果好，改善了工作環(huán)境。

作者：趙剛 單位：阜新市先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展服務(wù)中心