自動控制煤氣柜卷揚提升系統(tǒng)電氣控制方案選擇

□ ［1］沈琪　中國三冶集團有限公司結(jié)構(gòu)制造安裝工程公司

□ ［2］譚　義　中國三冶集團有限公司電氣安裝工程公司

自動控制煤氣柜卷揚提升系統(tǒng)電氣控制方案選擇

□ ［1］沈琪中國三冶集團有限公司結(jié)構(gòu)制造安裝工程公司

□ ［2］譚義中國三冶集團有限公司電氣安裝工程公司

隨著環(huán)保、節(jié)能的理念深入，高爐煤氣的回收再利用的工程越來越得到普及。我公司在煤氣柜制造和安裝領(lǐng)域已占據(jù)國內(nèi)三分之一市場，在全國北起大慶、南到韶關(guān)的廣袤大地上，共施工各種煤氣柜135臺，每年平均建柜10臺，裝柜總?cè)莘e1074萬立方米。他們建的最大煤氣柜有30萬立方米，當屬國內(nèi)最大。在煤氣柜安裝過程中柜頂提升是制約煤氣柜安裝質(zhì)量和進度的關(guān)鍵工序。煤氣柜頂?shù)奶嵘揽烤頁P系統(tǒng)實現(xiàn)，卷揚系統(tǒng)中卷揚機的同步工作很重要；以往卷揚系統(tǒng)的操作要靠一個主指揮加多個副指揮協(xié)同工作，同步中人的因素占很大比例，使得系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性的不確定因素增高。采用這種方式進行提升一般需要3天的時間才能將煤氣柜柜頂由柜底提升到指定位置進行固定焊接，我公司決定開發(fā)設(shè)計一套自動控制煤氣柜卷揚提升系統(tǒng)，在保證質(zhì)量的前提下節(jié)約煤氣柜柜頂提升的人工成本及縮短煤氣柜提升時間。

PLC控制系統(tǒng)；同步；可靠性；通用性

自動控制煤氣柜卷揚提升系統(tǒng)主要是為我公司煤氣柜罐體提升施工而研究的專用設(shè)備。自動控制煤氣柜卷揚提升系統(tǒng)，由36臺單筒卷揚機組成，每臺卷揚機的起重能力為2.7噸，總起重能力為97.2噸，每臺卷揚機的提升速度為每分鐘一轉(zhuǎn)，每分提升高度為（4-6）米，整個系統(tǒng)工作時間大約需5.8小時。該設(shè)備按功能劃分主要由機械傳動和電氣控制兩部分組成。機械傳動采用成熟的兩級齒輪減速方式，優(yōu)點：安全、可靠轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、制動裝置采用電磁制動和手動棘輪制動方式兩種。在施工中遇突發(fā)問題時，兩種制動方式將發(fā)揮主要作用，確保卷揚機械設(shè)備安全平穩(wěn)的停止。在電氣控制系統(tǒng)要實現(xiàn)36臺卷揚既可以同時上升、同時下降，又可以單臺卷揚點動控制上升、下降用來對單臺卷揚的位置進行微調(diào)；在實現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)上還要有必要的限位保護功能和提升不平衡時自動停止的功能。鑒于科技的進步在自動控制方法上有了多種可選擇方案，針對我公司的這套設(shè)備對機械傳動系統(tǒng)的同步性、可靠性要求高及自動控制系統(tǒng)方便安裝、拆除等方面的考慮，我公司對自動控制系統(tǒng)制定了傳統(tǒng)交流接觸器控制系統(tǒng)和可編程邏輯控制器（簡稱PLC）控制、單片機控制三套方案。下面對兩套控制方案進行比較。

一、傳統(tǒng)的交流接觸器控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的交流控制系統(tǒng)控制36臺電機的正、反轉(zhuǎn)至少要72件交流接觸器、42件空氣開關(guān)、36件熱繼電器及一套控制臺；如果要實現(xiàn)點動和同步自動兩種運行方式還要增加72件交流接觸器和26件中間繼電器。如采用次方案進行配置這些電氣元件要安裝兩套配電柜（1.8米×1.5米）和一套控制臺，而且配電線路復雜一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障查找困難不直觀。此控制系統(tǒng)的保護系統(tǒng)只能靠安裝在每根立柱雙限位保護；熱繼電保護只能實現(xiàn)電臺電機的保護，無法實現(xiàn)煤氣柜柜頂提升時的失衡保護。

二、可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)

可編程邏輯控制器（下面簡稱PLC）控制系統(tǒng)，PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且編程簡單易學。用PLC控制系統(tǒng)控制36臺電機的正、反轉(zhuǎn)也要72件交流接觸器、42件空氣開關(guān)、36件熱繼電器；還需要8組PLC輸入模塊，5組PLC輸出模塊，和9組（每組8個）PLC輸出繼電器模塊及一套操作臺即可。由于PLC體積小與之配套的輸入、輸出模塊可以安裝在操作臺的背面，減少了配電柜的數(shù)量方便安裝、拆卸及運輸。由于控制器元件多為模塊類元件，多為插拔式安裝模式配電線路大大減少，更換更為方便。如果外部線路出現(xiàn)故障可以通過PLC輸入、輸出指示判斷出故障線路，指示明確減少故障校正步驟縮短故障判斷時間。在點動和自動同步兩種運行方式只需要在程序上設(shè)備一個輸入點；有輸入信號時為自動同步運行方式，否則為點動運行方式。在控制系統(tǒng)的保護系統(tǒng)既能把安裝在每根立柱雙限位保護引入輸入模塊，一旦有信號就停止整個系統(tǒng)運行；又能將熱繼電器的信號引入輸入模塊通過程序設(shè)定PLC通過計數(shù)自動保護整個運行系統(tǒng)的目的，程序設(shè)定電動機熱繼電器保護動作累計四次，即整個電控系統(tǒng)自動斷電保證了煤氣柜柜頂提升時整體的平衡，一旦失衡立即停止，避免了因提升失衡引起的工序的返工。既實現(xiàn)了限位保護又實現(xiàn)了失衡保護。

三、單片機控制系統(tǒng)

單片機是單片微型計算機的簡稱。單片機控制功能強大，模塊化程度高，控制功能強大，種類繁多，編程語言專業(yè)不易掌握。用PLC控制系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能單片機控制系統(tǒng)都能實現(xiàn)且可以把PLC的輸入、輸出模塊替換為體積和能耗更小的集成模塊使之成為一塊電路板并能通過程序轉(zhuǎn)換成圖像信號再顯示器上顯示運行狀態(tài)及故障；不過由于單片機是電子集成產(chǎn)品對環(huán)境的溫度、濕度、電源的干擾性能方面要求多。就實現(xiàn)本控制系統(tǒng)功能而言，在前期的選型和后期的編程方面要耗費更多的時間。

通過上述比較在本控制系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能方面PLC控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)；在安裝、拆卸方面PLC控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)；在控制系統(tǒng)所占體積上比較單片機控制系統(tǒng)最為優(yōu)越，PLC控制系統(tǒng)次之，傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)最差；在維護方面單片機控制系統(tǒng)可視性最強，PLC控制系統(tǒng)次之，傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)最差；在維護方面?zhèn)鹘y(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)由于控制元件多線路復雜，后期元件的更換費時，PLC、單片機控制系統(tǒng)無故障時間達到數(shù)萬小時以上，且為插拔方式元件更換方便省時；在工作環(huán)境方面單片機對灰塵、電源、信號等要求嚴格，如果干擾過多會引起誤操作，PLC一般配備屏蔽線對電源及信號的抗干擾能力強，傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)對環(huán)境要求不高。由于我公司希望該控制系統(tǒng)越早投入越好且功能性、可靠性、適應性綜合指標越高越好，且我公司工程項目的工作環(huán)境多為野外作業(yè)環(huán)境惡劣，最后選用PLC控制系統(tǒng)。

經(jīng)過實際使用也驗證了PLC控制系統(tǒng)的同步控制能強，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)可靠性高。

［1］王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù)［M］，北京航空航天大學出版社.2012

［2］廖常初.PLC編程及應用［M］，機械工業(yè)出版社，2006

［3］程周.電氣控制與PLC原理及應用》（歐姆龍機型） ［M］，電子工業(yè)出版社，2006

［4］佟傳恩.C200H操作手冊，上海歐姆龍自動化系統(tǒng)有限公司，1991

［5］舒懷林.單片機原理與接口技術(shù) ［M］，華中科技大學出版社，2001

［6］趙小安，耿恒山，楊鵬. MCS-51單片機原理及應用［M］，天津大學出版社，2001，8