環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)＊

臧小惠，吳　丹

（1.大連市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，遼寧大連116021；2.大連電子學(xué)校，遼寧大連116023）

環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)＊

臧小惠1，吳丹2

（1.大連市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，遼寧大連116021；2.大連電子學(xué)校，遼寧大連116023）

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)起重機(jī)以手動(dòng)控制為主，動(dòng)作效率低，穩(wěn)定性差，安全性不高，易導(dǎo)致事故發(fā)生等問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)工作，研究并設(shè)計(jì)一種基于環(huán)形軌道的冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制有效地提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在節(jié)能的基礎(chǔ)上有效地提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率，保證了設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，大大降低特種設(shè)備的事故率。

關(guān)鍵詞：環(huán)軌；冶金葫蘆；吊運(yùn)系統(tǒng)

＊國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利：一種環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)（專(zhuān)利號(hào)：201220031620.8）

1　引言

2007年4月18日，遼寧省鐵嶺市清河特殊鋼有限責(zé)任公司發(fā)生鋼水包傾覆的特別重大事故，造成現(xiàn)場(chǎng)32名工人死亡。按照國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)出的《關(guān)于冶金起重機(jī)械整治工作有關(guān)意見(jiàn)的通知》（國(guó)質(zhì)檢辦特〔2007〕375號(hào)）的要求，各地都進(jìn)行了工作部署，對(duì)用非冶金起重機(jī)械用于吊運(yùn)熔融金屬提出了具體的整改要求。相關(guān)企業(yè)隨之對(duì)涉及吊運(yùn)熔融金屬的非冶金起重機(jī)按要求進(jìn)行了技術(shù)整改。雖然進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的整改后，能基本滿足國(guó)家技術(shù)規(guī)范的要求，但是這些技術(shù)方面的整改與完善僅僅局限于單臺(tái)起重機(jī)，并未從系統(tǒng)的角度出發(fā)建立系統(tǒng)的理念，導(dǎo)致系統(tǒng)存在工作效率低、能耗高、穩(wěn)定性差、安全性較低等缺點(diǎn)［1、2］。

國(guó)家最新發(fā)布的《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》中第七條規(guī)定：特種設(shè)備生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、使用單位應(yīng)當(dāng)遵守本法和其他有關(guān)法律、法規(guī)，建立、健全特種設(shè)備安全和節(jié)能責(zé)任制度，加強(qiáng)特種設(shè)備安全和節(jié)能管理，確保特種設(shè)備生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、使用安全，符合節(jié)能要求。

針對(duì)以上問(wèn)題并結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)工作，研究并設(shè)計(jì)一種基于環(huán)形軌道的冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)［3］。通過(guò)PLC控制有效地提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，大大提高了工作效率。同時(shí)冶金葫蘆的運(yùn)行采用了變頻調(diào)速，有效克服轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速中存在的穩(wěn)定性差、安全性不高的缺陷。有效克服傳統(tǒng)小型起重設(shè)備采用人工手動(dòng)操作、工作效率低、能耗高、穩(wěn)定性差、安全性低等缺點(diǎn)，并能有效地提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，使得生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性得到有效保證。

圖1　環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　傳統(tǒng)吊運(yùn)方案

傳統(tǒng)起重工作是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性大，多工種人員互相配合、互相協(xié)調(diào)，精心組織、統(tǒng)一指揮的特殊工種作業(yè)，所以必須對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、重物吊運(yùn)路線及吊運(yùn)指定位置和起重物重量、重心、重物狀況、重物降落點(diǎn)、起重物吊點(diǎn)是否平衡，配備起重設(shè)備是否滿足需要，進(jìn)行分析、計(jì)算，正確制定起重方案，達(dá)到安全起吊和就位的目的。傳統(tǒng)吊運(yùn)方案一般采用單臺(tái)起重設(shè)備往復(fù)運(yùn)行作業(yè)；吊運(yùn)過(guò)程中，吊運(yùn)距離較遠(yuǎn)，同時(shí)裝卸次數(shù)較多，導(dǎo)致了工作效率較低，安全性不高。

3　環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)將原有的直線形軌道，改進(jìn)為環(huán)形軌道，使得冶金葫蘆能在環(huán)形軌道上循環(huán)運(yùn)行，有效地提高工作效率。其中環(huán)形軌道依次經(jīng)過(guò)4個(gè)區(qū)域，即熔煉上料區(qū)、澆注a區(qū)、澆注b區(qū)、自動(dòng)回車(chē)段及維修待車(chē)區(qū)。位于環(huán)形軌道上的滑線總共分為7段，由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)通斷電的順序控制。

整個(gè)自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)有4個(gè)冶金葫蘆（按工藝要求可做調(diào)整）組成，其中兩用兩備。環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)吊運(yùn)系統(tǒng)由3個(gè)要素構(gòu)成，一是由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)滑線供電系統(tǒng)的控制，通過(guò)PLC控制滑觸線通斷電來(lái)完成冶金葫蘆自動(dòng)運(yùn)行功能；二是由變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金葫蘆運(yùn)行的控制；三是遙控器自動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制。

在熔煉上料區(qū)、澆注a區(qū)、澆注b區(qū)各有一臺(tái)遙控發(fā)射器可以控制本區(qū)域內(nèi)冶金葫蘆的運(yùn)行。其中，遙控功能包括冶金葫蘆變頻前進(jìn)和后退；雙速升降；轉(zhuǎn)運(yùn)包正反方向翻轉(zhuǎn)；當(dāng)起升達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)放行冶金葫蘆自動(dòng)運(yùn)行及稱(chēng)重清零。另外冶金葫蘆配有稱(chēng)重系統(tǒng)，并裝有稱(chēng)重顯示器，冶金葫蘆運(yùn)行到指定地點(diǎn)自動(dòng)清零，如果自動(dòng)清零失敗則可以使用遙控器手動(dòng)清零。

熔煉上料區(qū)使用遙控器A手動(dòng)控制冶金葫蘆到指定的電爐前向轉(zhuǎn)運(yùn)包內(nèi)倒入鐵水，完成裝料后升到最高位置,啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行按鈕，冶金葫蘆自動(dòng)運(yùn)行到自動(dòng)停車(chē)位1停車(chē)。在此位置遙控接收器A自動(dòng)轉(zhuǎn)換到B。反方向行使時(shí)遙控接受器自動(dòng)由B轉(zhuǎn)換為A。同時(shí)在自動(dòng)待車(chē)位2無(wú)車(chē)的情況下，在自動(dòng)待車(chē)位21的小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行通過(guò)稱(chēng)重清零位到自動(dòng)待車(chē)位2的位置。自動(dòng)運(yùn)行的功能由PLC控制滑觸線通斷電來(lái)完成。

4　環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

電機(jī)選用的功率為7.5/1.875kW，防護(hù)等級(jí)為H/IP54。冶金葫蘆工作級(jí)別A6。可編程序控制器選用S7-200，型號(hào)為ES7216-2BD23-0XB0。變頻器型號(hào)為ACS-401006-3-X。除此之外，該系統(tǒng)還有斷路器、接觸器等低壓電器及十字開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電氣元件組成。

如圖2所示，根據(jù)工藝要求，將滑線分為7段，分別命名為：1號(hào)段滑線、2號(hào)段滑線、3號(hào)段滑線、4號(hào)段滑線、5號(hào)段滑線、6號(hào)段滑線、7號(hào)段滑線。在每段滑線的進(jìn)出裝有光電開(kāi)關(guān)或行程開(kāi)關(guān)等檢測(cè)裝置，以檢測(cè)冶金葫蘆運(yùn)行的具體位置，通過(guò)PLC控制相應(yīng)滑線電源的通斷。

圖2　基于PLC的滑觸線分?jǐn)嗫刂茍D

5　環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，按工藝要求，分配PLC的輸入端，PLC的輸出點(diǎn)為Q00、Q01、Q02、Q03、Q04，輸出信號(hào)分別控制交流接觸器Ka1、Ka2、Ka3、Ka4、Ka5。由Ka1常開(kāi)觸點(diǎn)控制滑線供電總接觸器KM0，控制整個(gè)環(huán)軌滑線電源的通斷；Ka2常閉觸點(diǎn)控制KM11，實(shí)現(xiàn)4號(hào)段斷電；Ka3常閉觸點(diǎn)控制KM10，實(shí)現(xiàn)2號(hào)段斷電；Ka4常閉觸點(diǎn)控制KM8，實(shí)現(xiàn)5號(hào)段斷電；Ka5常開(kāi)觸點(diǎn)控制KM9，實(shí)現(xiàn)6號(hào)段供電。

為了實(shí)現(xiàn)冶金葫蘆的自動(dòng)環(huán)軌運(yùn)行，總體的設(shè)計(jì)施工過(guò)程是：按照環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的工藝流程，了解機(jī)電之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC系統(tǒng)的要求，確定I/O設(shè)備，選擇PLC，分配PLC的I/O地址。PLC具有多種可以應(yīng)用的模塊，按照需要的功能來(lái)選擇模塊，每種模塊具有可連接的點(diǎn)，為需要的點(diǎn)賦地址，編程時(shí)候把所賦地址進(jìn)行調(diào)用。繪制PLC外部I/O接線圖。

進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)：繪制功能圖，設(shè)計(jì)梯形圖程序，編寫(xiě)指令表程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)式和修改，直到滿足控制要求為止。然后設(shè)計(jì)控制柜及操作面板電氣布置圖及安裝接線圖，控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖，根據(jù)圖樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連線，并檢查。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，先帶上輸出設(shè)備，不帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試，各部分都正常后，再帶上實(shí)際負(fù)載運(yùn)行。調(diào)試完畢后，將固化到EPROM，以防程序丟失。最后整理技術(shù)文件，包括使用說(shuō)明書(shū)、電氣圖紙、程序文件等。

圖3　滑線PLC控制電氣原理圖

6　總結(jié)

環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)于2012年2月1日申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利，并于2012年9月19號(hào)獲得國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)，同時(shí)環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)的技術(shù)已于2012年被大連某公司采用。該系統(tǒng)在節(jié)能的基礎(chǔ)上，能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)特種設(shè)備的事故率。經(jīng)實(shí)踐證明：環(huán)軌冶金葫蘆自動(dòng)吊運(yùn)系統(tǒng)具有良好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2015）06—0040—03

作者簡(jiǎn)介：

臧小惠（1980－），男，江蘇常州人，高級(jí)工程師，碩士研究生?，F(xiàn)在大連市特種設(shè)備檢測(cè)研究院從事機(jī)電類(lèi)特種設(shè)備的檢驗(yàn)與研究工作。

吳丹（1981－），女，遼寧大連人，碩士研究生。現(xiàn)在大連電子學(xué)校從事電力電子技術(shù)的教學(xué)與研究工作。

收稿日期：2015－04－30

Research and design of the metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail

ZANG Xiao－h(huán)ui1，WU Dan2

（1.Dalian Special Equipment Inspection Institute，Dalian 116021，China；
2.Dalian Electronic School，Dalian 116023，China）

Abstract：The traditional crane is manually control－oriented with low operational efficiency，poor stability and low security.It easily leads to accidents and other problems.Combined with the actual inspection work，The metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail is researched and designed.The system is controlled by PLC to effectively improve the automation degree of the system.In the meanwhile，on the basis of the energy saving，the working efficiency，the security and the stability of the system are effectively improved，and the accident rate of the special equipment is greatly reduced.

Key words：ring rail；metallurgical hoist；lifting system