冶煉隧道窯頂車機控制系統設計分析

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摘要：本文對傳統頂車機做了改進，用電動缸代替原來的液壓系統。采用PLC控制伺服電機，達到對電動缸的精準控制，頂車機在速度、位置控制上比傳統液壓系統更精確。反應釜內物料在窯內具有最佳反應溫度和反應時間，提高了冶煉產品的質量。

關鍵詞：頂車機；電動缸；PLC；控制

頂車機是隧道窯生產線上的重要設備。主要功能是運載反應釜進出窯爐。頂車機的運行速度，可以改變反應釜在窯內的停留時間，可以使反應釜內物料在窯內具有最佳反應溫度和反應時間。合理的頂車速度是冶煉產品質量的關鍵，也使窯內熱能得到充分利用，可以提高生產線的效率。傳統頂車機要是通過一套液壓系統推動窯車向前運動。液壓系統包括液壓泵、直流電機、電磁閥、管路、配電箱等。需要定期維護，更換液壓油和過濾器等配件，容易出現漏油現象。另外當液壓系統由于管路爆裂失壓，無法通過手動方式驅動軸向動作。液壓系統需要控制閥門開關大小來控制窯車運行速度，控制復雜，精度不高。

1系統的主要創新點

本成果的主要創新點是把電動缸與PLC控制相結合應用在頂車機中，通過PLC和驅動伺服電機達到對電動缸的精準控制。目前，電動缸技術用在頂車機上在國內外屬于首次。相比于液壓系統，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各個被控制點的嚴格控制相匹配，大大提高了生產線的效率。電動缸不需要復雜的成套系統支持，（包括泵，管道，閥門，過濾器，很多接頭等）；可以節約很多的空間，而且在無維護的情況下，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/安靜的工作環境。

2系統的技術原理及工作流程

產品技術原理是用電動缸代替傳統頂車機的液壓系統。頂車機控制系統采用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、推力等數據，并且在PLC中實現閃圖效果，便于操作人員迅速找出故障點的位置。下位機PLC軟件設計上，按照冶煉工藝數據要求，融合采集到窯爐內數據信息，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控制，進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確定位——擺渡車上無窯車——夾緊裝置為松開狀態——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，繼續向窯頭移動——進入定位對軌狀態——對軌成功——擺渡車停止——頂車機前進，將窯車頂入窯內——當頂車機到位后——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——轉為反向低速——進入反向對軌定位——定位結束——擺渡車停止——將窯車頂到擺渡車前等待——等待下一次定位時間到。工作流程圖如圖1所示。

3系統的硬件設計

本系統采用三菱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模塊提供了無源節點的開關量輸入采集，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閉環控制，實現對小車的精確控制。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。硬件系統結構圖如圖2所示。

4系統程序設計

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，滿足初始條件后執行下步動作。電動缸位置速度控制部分程序如圖3。

5結語

本系統首次把電動缸應用在頂車機中，代替傳統的液壓系統，通過PLC和伺服電機，精確控制窯車的運動，提高了冶煉產品質量，提高了生產效率，靜音效果好，改善了工作環境。

作者：趙剛 單位：阜新市先進制造業發展服務中心