宣鋼連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

武　躍

引言

宣鋼第二鋼軋廠連鑄機(jī)于2010年11月份投產(chǎn)，配有兩臺12機(jī)12流小方坯連鑄機(jī)，而大包回轉(zhuǎn)臺作為連鑄機(jī)鋼坯鑄造的重要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)鋼包的異跨轉(zhuǎn)換。大包回轉(zhuǎn)臺一般具有兩個工作臂，即澆鋼位臂和接鋼位臂。操作工將天車吊放好的鋼包轉(zhuǎn)到澆鋼位進(jìn)行澆筑動作，而在澆筑位已經(jīng)澆筑完畢的鋼包則轉(zhuǎn)到接鋼位，通過天車調(diào)走，待精煉冶煉下一包，循環(huán)開展。大包回轉(zhuǎn)臺正常旋轉(zhuǎn)對鋼坯澆筑起到絕對性作用，是鋼坯澆筑正常開展的基礎(chǔ)，但是在宣鋼第二鋼軋廠連鑄機(jī)澆筑過程中，大包回轉(zhuǎn)臺偶遇突然轉(zhuǎn)動的情況，這樣對崗位操作工及設(shè)備將會造成嚴(yán)重后果，為此對大包回轉(zhuǎn)臺電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，以改善此類事件的發(fā)生。

1　改造的必要性

宣鋼第二鋼軋廠150 t爐區(qū)1#連鑄機(jī)于2010年11月正式投產(chǎn)使用，其采用AB公司PLC控制系統(tǒng)及變頻調(diào)速驅(qū)動與液壓事故驅(qū)動控制。在大包回轉(zhuǎn)臺正式投入使用時(shí)，曾突然出現(xiàn)澆筑過程中大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動情況，這樣正在澆筑的水口無法及時(shí)關(guān)閉，高溫鋼水必然會灑落在平臺上，從而引起崗位工和設(shè)備的重大災(zāi)難。[1]通過對大包回轉(zhuǎn)臺非計(jì)劃轉(zhuǎn)動造成的嚴(yán)重后果分析，主要是由于大包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)操作是通過就地操作箱上的操作按鈕直接操作的，整個操作行為缺少連鎖保護(hù)和確認(rèn)措施，使崗位人員誤操作機(jī)旁操作箱成為可能。為此，本文立足于PLC自動控制技術(shù)優(yōu)化改造大包回轉(zhuǎn)臺的電氣控制回路，使其實(shí)現(xiàn)設(shè)備電氣連鎖控制，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2　改造優(yōu)化的詳細(xì)技術(shù)分析及方案

2.1　總體思路

針對宣鋼連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺崗位誤操作導(dǎo)致大包回轉(zhuǎn)臺非計(jì)劃轉(zhuǎn)動，引發(fā)的一系列設(shè)備、人員損傷。本項(xiàng)目利用AB-700系列變頻器控制大包旋轉(zhuǎn)的電氣驅(qū)動，將現(xiàn)場操作的旋鈕、按鈕信號傳遞到PLC上，之后PLC再通過Control Net網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動大包回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。由于當(dāng)前生產(chǎn)要求，大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動模式有兩種：其一高速轉(zhuǎn)動模式60 s內(nèi)轉(zhuǎn)動180°；其二低速轉(zhuǎn)動模式150 s內(nèi)轉(zhuǎn)動180°。大包回轉(zhuǎn)臺在完成一次正常轉(zhuǎn)動下通常以角度達(dá)到180°為一個周期，需要70 s。大包回轉(zhuǎn)臺現(xiàn)場操作箱上配有自動旋轉(zhuǎn)旋鈕（順時(shí)針/逆時(shí)針）和手動旋轉(zhuǎn)旋鈕（順時(shí)針/逆時(shí)針），若是以自動旋轉(zhuǎn)模式轉(zhuǎn)動大包回轉(zhuǎn)臺則按照先高速、后低速的模式轉(zhuǎn)動；若以手動旋鈕模式轉(zhuǎn)動大包回轉(zhuǎn)臺，則按照低速模式轉(zhuǎn)動。在正常生產(chǎn)過程中，大包回轉(zhuǎn)臺急停按鈕處于開放狀態(tài)，這樣崗位人員極易誤操作到手動、自動旋鈕造成大包回轉(zhuǎn)臺非計(jì)劃轉(zhuǎn)動，現(xiàn)場操作箱缺乏可靠地保護(hù)手段。

針對這種情況，本文將在現(xiàn)場操作箱上添加允許轉(zhuǎn)動旋鈕和指示燈，對已有轉(zhuǎn)動PLC程序重新修改，添加相應(yīng)的電氣元件，編制轉(zhuǎn)動連鎖條件程序。以自動控制手段完善大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)確認(rèn)，保證大包回轉(zhuǎn)臺在生產(chǎn)過程中不會因?yàn)檎`操作出現(xiàn)非計(jì)劃轉(zhuǎn)動的情況。[2]

2.2　技術(shù)方案

（1）現(xiàn)場操作箱改造

現(xiàn)場操作箱是崗位控制大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的直接裝置，為此改善大包回轉(zhuǎn)臺非計(jì)劃轉(zhuǎn)動的首要環(huán)節(jié)就是改造現(xiàn)場操作箱。通過在現(xiàn)場操作箱上增添自復(fù)位旋鈕（回轉(zhuǎn)允許），這樣每當(dāng)大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動時(shí)都需要給出“確認(rèn)”信號，并將信號傳送到PLC中。而當(dāng)信號到達(dá)PLC中時(shí)，僅有120 s的時(shí)間可以進(jìn)行操作，一旦程序時(shí)間到達(dá)120 s，“確認(rèn)”信號自動消失，需重新轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)允許旋鈕。換言之，在崗位給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號后，崗位操作人員只有120 s時(shí)間操作大包回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，若操作時(shí)間120 s結(jié)束，“確認(rèn)”信號消失，崗位需重新旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)允許旋轉(zhuǎn)，重新給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號。這樣就能保證現(xiàn)場操作人員即使出現(xiàn)誤操作行為，在澆鋼周期內(nèi)也不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動的情況。

此外，為了防止操作人員給出“旋轉(zhuǎn)確認(rèn)”信號后，忘記旋鈕歸零位，故采用自復(fù)位旋鈕，并在操作箱上設(shè)置指示燈，用以表示旋鈕操作狀態(tài)，當(dāng)信號燈狀態(tài)亮?xí)r，則表明信號是經(jīng)過PLC邏輯判斷后的一個輸出信號，如此便可繼續(xù)回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的后續(xù)操作，反之不可操作。

（2）大包回轉(zhuǎn)變頻柜改造

大包回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動是通過變頻器控制的，變頻器發(fā)出不同頻率的電壓控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)則表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、低速轉(zhuǎn)動。所以在主回路的變頻器輸出端增加主回路接觸器（KM），這樣就能利用接觸器的吸合與斷開實(shí)現(xiàn)大包回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。將接觸器置于控制柜后背板上，上下端子分別接于電抗器和現(xiàn)場電機(jī)，并且在控制柜內(nèi)增添控制接觸器的中間繼電器(KA)和相應(yīng)的接線端子，見圖1。

圖1　新增主回路接觸器實(shí)體圖

接觸器采用Schneider LC1D205型號，具有一對輔助觸點(diǎn)（開點(diǎn)），將其開點(diǎn)動作信號輸入到PLC中，與大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動控制進(jìn)行連鎖。這是由于當(dāng)斷開主回路接觸器時(shí)，現(xiàn)場電機(jī)失電，變頻器便會空載動作，這樣將會對變頻器造成巨大損害。所以，通過將輔助觸點(diǎn)的信號傳輸?shù)絇LC中，即使主回路接觸器斷開時(shí)，變頻器將會停止輸出。如此，不單單為防止大包回轉(zhuǎn)臺誤操作非計(jì)劃轉(zhuǎn)動增加一道保險(xiǎn)，還能提高變頻器的使用壽命。

（3）PLC柜內(nèi)改造

為了保證大包回轉(zhuǎn)臺現(xiàn)場操作箱旋鈕和指示燈的正常工作，從PLC的PC0柜引出一根控制電纜（7*1.5，用4芯，備3芯）到現(xiàn)場操作箱。同時(shí)再從PC0柜中引出一根控制電纜，聯(lián)接大包回轉(zhuǎn)變頻控制柜，從而實(shí)現(xiàn)中繼的控制及接觸器輔助點(diǎn)的信號傳輸。

完成PLC柜內(nèi)線纜鋪設(shè)工作后，在PLC系統(tǒng)上增加2個數(shù)字量輸入點(diǎn)I9.3、I9.4和2個數(shù)字量輸出點(diǎn)Q4.2、Q6.5。其作用分別是現(xiàn)場回轉(zhuǎn)允許旋鈕、接觸器輔助觸點(diǎn)和中間繼電器線圈控制、現(xiàn)場回轉(zhuǎn)允許指示燈。

（4）程序編制

利用AB公司的Logix5000軟件編寫程序，對已有大包回轉(zhuǎn)臺程序（LadleTurrent_control進(jìn)行相應(yīng)連鎖程序的編制。如下所示：

通知現(xiàn)場崗位人員將控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到“允許”工作位上，旋鈕實(shí)現(xiàn)自復(fù)位功能；

旋鈕自動開點(diǎn)接觸后，PLC輸入模塊的接收到輸入信號，I9.3處于位置1；

PLC系統(tǒng)開始程序邏輯判斷，給出大包回轉(zhuǎn)臺“允許”轉(zhuǎn)動信號Q4.2；

“允許”信號Q4.2作用到中間繼電器，中繼吸合，主回路接觸器線圈得電；

主回路接觸器線圈得電，輔助觸點(diǎn)開點(diǎn)閉合，輔助點(diǎn)閉合信號傳輸?shù)絇LC輸入模塊相應(yīng)通道I9.4；

PLC對輸入通道I9.4信息分析后，輸出“允許”信號，到達(dá)現(xiàn)場操作箱指示燈Q6.5，指示燈狀態(tài)亮。

PLC系統(tǒng)接收到主回路輔助觸點(diǎn)信號后，大包回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動連鎖系統(tǒng)開啟，這樣能夠確保接觸器不吸合狀態(tài)下，大包回轉(zhuǎn)變頻器無輸出，避免了變頻器空載運(yùn)行損害變頻器。

在旋轉(zhuǎn)信號給入的120 s內(nèi)，信號持續(xù)有效。120 s后，大包回轉(zhuǎn)“允許”信號Q4.2消失，繼而中繼線圈、接觸器線圈相繼斷開，現(xiàn)場操作箱指示燈由亮變滅。此時(shí)，崗位操作人員的任何操作都無法轉(zhuǎn)動大包回轉(zhuǎn)臺，大包回轉(zhuǎn)臺處于“停止”狀態(tài)。

由于本次程序編制上，新加入2個數(shù)字量輸入點(diǎn)I9.3、I9.4和2個數(shù)字量輸出點(diǎn)Q4.2、Q6.5，而且在程序上添加120 s的延時(shí)控制程序，崗位操作人員只能在該120 s允許操作時(shí)間內(nèi)操作大包回轉(zhuǎn)臺，120 s過后無法控制大包回轉(zhuǎn)臺，若需轉(zhuǎn)動需再重復(fù)以上操作。[3]這樣就確保了大包回轉(zhuǎn)臺在澆鋼的40 min內(nèi)不會因?yàn)閸徫坏恼`操作導(dǎo)致大包回轉(zhuǎn)臺非計(jì)劃轉(zhuǎn)動情況的發(fā)生。

整個回轉(zhuǎn)臺改造的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　實(shí)施效果

本次對宣鋼第二鋼軋廠大包回轉(zhuǎn)臺電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，從現(xiàn)場操作箱、變頻柜、PLC柜、運(yùn)行程序四方面開展，完善了崗位操作流程，極大的保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了大包回轉(zhuǎn)臺防止誤操作的自動化控制，消除了設(shè)備存在的重大事故隱患。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]黃爭艷.連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺在線監(jiān)測與故障智能診斷方法研究[D].武漢科技大學(xué),2015.

[2]劉瑞邦.板坯連鑄機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué),2015.