李宝智 LI Bao-zhi
（青海省工业技师学院，西宁 810000）
（Qinghai Industrial Technician Institute，Xining 810000，China）
摘要： 结合青海百通公司的高炉情况，设计出了上料机改造方案。介绍了台达变频器在高炉卷扬调速系统中的应用情况，给出了电气原理图、注意事项和常见故障处理。实际应用的良好效果验证了该系统的稳定性和可靠性。
Abstract： Combined with the conditions of the blast furnace in Qinghai Baitong Company， the modification scheme of appending machine is designed. The application situation of VFD-B in winding speed regulating system of the blast furnace is introduced. The electrical schematic diagram， matters needing attention and the common troubleshooting are put forward. The good effects of practical application show the stability and reliability of this system.
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关键词 ： 卷扬上料机；变频器；编码器；调速
Key words： winding appending machine；frequency converter；encoder；speed governing
中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0120-03
收稿日期：2015年5月21日。
作者简介：李宝智（1972-），男，甘肃天水人，讲师，研究方向为机电技术。
0 引言
高炉上料的形式主要有料车卷扬上料和传送带上料。青海百通公司目前共有8座高炉，高炉上料方式采用料车卷扬上料。料车卷扬上料结构紧凑、占地面积小、有足够的上料能力，能实现半自动控制，但该系统的传动调速控制方式是采用绕线式异步电动机串电阻调速。这种调速的缺点是线路复杂、能耗高，低速机械特性软，电网电压对速度的影响很大，可靠性差，用到的行程开关多，维护人员不便于检查和维护。变频器（内建PLC）和编码器引入高炉上料调速系统替代替老式系统，简化了线路，提高了系统的可靠性，改善了起动、制动及加减速的性能，用到的行程开关大大减少，减轻了维护人员的工作量。
1 卷扬上料系统运行过程
1.1 基本构成和工作过程
料车卷扬上料系统主要由斜桥、小车、卷扬机、钢丝绳及电器设备组成。卷扬上料小车系统主要工作过程：各种原料经过槽下配料放入料仓，料车到料坑后，料仓门自动打开，把原料放入料车，料仓闸门关到位，料车起动，经过加速、匀速、减速、停止，到达炉顶，然后利用卸料曲轨使小车后轮抬高自动倾斜至一定角度进行卸料，如图1所示，卸料后小车返回。小车返回时，将势能转化为电能，电动机处于发电状态，利用制动模块将发出来的电能消耗掉。（图2）
1.2 工作特点
料车卷扬机是料车卷扬上料系统的拖动设备，也是主要设备，根据它的工作特点得出其系统的工作特点为：
①能够频繁起动、制动、停止、反向，转速平稳。
②能按一定速度运行，并且能大范围调速。
③简单明了，维护容易。整套系统只用到了一只行程开关，并安装在地面平台的斜桥平面，省去了维护人员的高空作业。如果系统出现故障，会有明确的故障提示，维护人员便于检查和维修。
④精度高。由于系统采用PLC控制和编码器计数，系统响应时间快，计数准确，一个运动周期误差小于1CM。
⑤成本低。整套电控系统用到了1台变频器，一只编码器、一只行程开关和若干按钮，电控系统成本造价约1.3万。
⑥能源利用率和工作效率不高。由于改造场地和其它原因的限制，没有采用2个料车交替上料，所以小车在下行时电动机处于发电状态，白白消耗了能量，并且没有2个料车交替上料效率高。
2 调速系统设计和改造
原来的绕线式异步电动机串电阻调速系统保留，作为备用系统，不做任何改动。新设计的变频调速系统作为主要运行系统。
2.1 变频调速系统的设计
根据原有电动机额定功率和变频器的容量应比变频器说明书中的“配用电动机容量”加大一档至二档的原则，选择台达VFD450C43A，45KW变频器。该变频器隶属于VFD-C2000系列，VFD-C2000是以FOC技术(磁场导向控制)为核心，根据不同的控制理论及实际需求，开发出了V/F控制、SVC控制、FOCPG控制和TQCPG控制等四种控制模式，控制性能优异，特别是内建了PLC功能。
C2000所提供的指令包含阶梯图编辑工具WPLSoft、基本指令、应用指令使用方法，主要均沿用台达PLC DVP系列的操作方式。C2000提供了2个通讯的串口来上下载PLC程序，PLC的通讯格式默认为7，N，2，9600，站号2，如果想改PLC站号可在参数09-35中修改，但此地址不可与变频器地址09-00设为一样。上位机通过RS485与驱动器RJ-45通讯接口相连，可以同时变频器和内部PLC存取资料，实现方式是透过站号的识别。
图2是料车卷扬上料变频调速系统的主传动电路。M1是料车卷扬机，其额定电压是380V，额定功率是22kW，额定转速是720r/min，额定电流49.1A。M2是抱闸电机，其额定电压是380V，额定功率是0.55kW，额定转速是1440r/min，额定电流2.01A，KM1主触头闭合，抱闸电机工作。
图3是料车卷扬上料变频调速系统的控制电路。HL1是变频器报警/上位到位指示：此指示灯为复用指示灯，不同的方式表示不同的含义。常亮，表示上限位到位；1秒闪烁，表示编码器故障；2秒闪烁，表示行程开关故障；4秒闪烁，表示变频器故障，变频器报警具体参看变频器使用说明书；HL2是上行指示：常亮表示自动方式上行，闪烁表示手动方式上行；HL3是下行指示：常亮表示自动方式下行，闪烁表示手动方式下行；HL4是电源指示，亮表示电源接通。
SA是手动/自动转换开关：拨到手动，设备手动运行，拨到自动，设备自动运行。在自动方式，设备运行方式有上行，下行和停止。在手动方式下，按下上行、下行按钮，然后释放，小车慢速上行或下行，再次按下上行或下行按钮，小车快速运行，释放上行或下行按钮，小车恢复慢速运行，按下停止按钮，小车停止。
SB1是上行按钮：在自动方式下，按下上行按钮，然后释放该按钮，变频器起动，RA1触电断开，系统释放抱闸同时小车上行，当小车距离卸料位置D90cm（这个距离在系统程序中任意修改）时减速运行，到达卸料位置D时自动停止。如果按下上行按钮时小车在卸料位置，则小车不动作。
SB2是下行按钮：在自动方式下，按下下行按钮，然后释放该按钮，系统释放抱闸同时小车下行，小车接近装料位置A 90cm（这个距离在系统程序中任意修改）时减速运行，到达装料位置A自动停止，如果按下下行按钮时小车在装料位置A，则小车不动作。
SB3是停止按钮：设备运行时按下停止按钮，设备停止运行。
卸料位置和装料位置即上下限位的设定：在手动方式下，操作小车从上方越过参考点（安装在斜桥平面的行程开关），专人观察到达下限位位置时连续按三次停止按钮，小车停止，同时上行和下行指示灯交替闪烁，表示下限位成功设定。如果没有上行和下行指示灯交替闪烁，重复以上操作，直到出现上行和下行指示灯交替闪烁，表示成功设定了下限位。在手动方式下，操作小车从下方越过参考点，小车向上运行，专人观察到达上限位后连续按三次停止按钮，小车停止，同时上行和下行指示灯同时闪烁，表示上限位设置成功。然后将选择开关拨到自动运行，按下下行按钮，进入正常自动运行状态。
编码器需要DC24V电源才能工作，它的信号线必须接变频器的MI8，MI8具有高速计数功能。
变频器一旦没有输出，KM1线圈就得电，KM1主触头闭合，抱闸电机工作，否则抱闸电机不工作。
2.2 变频器参数设定
调速系统主要使用变频器的PLC功能，所以只需设定“启动PLC功能”参数，其它参数设定无效。变频器的参数改变、系统的功能和动作都由程序来实现，比如FREQ指令可以改变变频器频率和加、减速时间。
2.3 制动单元和制动电阻
制动单元为电机提供自动力矩，其型号BR1K5W013*2。制动电阻消耗电机动能，制动电阻为6000W、13Ω。制动单元进线接变频器直流母线，出线接制动电阻。制动单元和制动电阻接线在电路图中未有体现。
2.4 新系统成效
①系统可靠性和稳定性强。
旧系统出现故障的几率高，而且没有故障提示，在出现故障时小车不会停止，容易发生料车失控和飞车事故。新系统可靠性和稳定性非常好，当系统一旦出现故障，小车会立即停止并且有相应故障报警提示，改造半年后，系统一直运行正常，从未发生过各种事故，为企业提高生产效率、节约维修成本奠定了基础。
②节约人力资本。
旧电控系统的操作室安排2名操作工和3名检修维护人员。一名操作工操作按钮，一名操作工观察运行情况，就这样老有料车失控和飞车事故发生。新电控系统使用了PLC、变频器和编码器，大大简化了线路，操作室只需安排1名按钮操作工和2名检修维护人员，降低了企业的用人成本。
③便于检查和维修。
旧电控系统的线路多而繁，各类传感器使用了8只，3名检修和维护人员每天都要巡检，并且巡检任务量也比较大。新电控系统线路简单，整套系统只用到了一只行程开关，每隔一周巡检一次，节约了检修时间，省去了高空作业。每套系统检修、维护的工作量是原来工作量的1/6，这样检修维护人员就有了更多的时间学习或干其它工作。
3 注意事项和故障处理
卷扬上料系统的安装、操作一定要按照规范执行，在运行过程中出现故障要及时处理。
3.1 注意事项
①更换了编码器、钢丝绳、小车、滚筒要手动重新设定上、下限位。
②原有控制柜断电后才可拉闸QF1上电，特别注意：本控制柜与原有控制柜互为备用，切不可两台控制柜同时运行，否则会造成变频器烧毁。
③行程开关的拨动头是机械元件，容易损坏，检修人员要定期检查，固定好拨动头上的螺丝。
④在起动设备之前一定要观察行程开关拨动头的位置是否正确，因为行程开关人为可以手动拨动。小车在行程开关上方，拨动头应该朝上，小车在行程开关下方，拨动头应该朝下。
⑤制动单元进线有正负之分，不能接反，否则制动单元烧毁。
⑥当系统出现故障时，小车不运动，并且出现相应报警提示。
3.2 常见故障及处理
①主电源接触器KM2不吸合：在小车上限位上方设有超上限位保护，如果小车碰到超上限位，保护开关动作，主电源接触器跳开。
处理方法：找出超上限位原因，恢复保护开关。
②抱闸断路器跳闸：抱闸断路器跳闸后会引起变频器过载。
处理方法：找出跳闸原因，恢复抱闸断路器，同时复位变频器，具体操作参见变频器操作说明书。
③编码器故障：编码器是系统定位的核心部件，出现故障后系统无法定位。
处理方法：编码器断线，更换屏蔽线；编码器损毁，更换同等规格编码器。
4 结语
卷扬上料系统采用变频器内建PLC调速，提高了系统运行的平稳性和可靠性，大大降低了建造成本，也便于操作和维护，减轻了工人的劳动强度，取得了较好的经济效益，但该系统还有改进的空间，采用2个料车交替上料，会更加经济、实惠。
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参考文献：
[1]裴建良.PLC和变频器在高炉上料自动控制系统中的应用[J].电机与控制应用，2007，34（8）.
[2]焦红现.PLC在卷扬上料小车自动控制系统中的应用[J].电工技术，2005，5（83）.
[3]裴建良，付淑英.PLC和变频器在高炉上料自控系统中的应用[J].电机与控制应用，2007（08）.