一、 系統概述：

    鐵牛是鋼鐵燒結廠"C"型翻車機卸車線的重要設備，承擔將機車牽引來的火車皮（重車）送到翻車機內，由翻車機將物料卸掉的重要任務。其工藝過程如下：（1）、接車：鐵牛由一臺或多臺電機驅動出槽，經過液壓平臺到運輸部與重車相撞。（2）、牽車：鐵牛由一臺或多臺電機驅動，將運輸部重車拖至液壓平臺。（3）、摘鉤：重車被牽至液壓平臺后，鐵牛與重車摘鉤，鐵牛回槽。（4）、將最前面的一節車皮送至翻車機內，鐵牛回槽后，啟動液壓平臺油泵，抬起液壓平臺，重車由液壓平臺溜出，液壓平臺降落即完成一個循環周期。其生產工藝流程圖如圖1所示

二、鐵牛改造前系統特點及運行情況：

    鐵牛改造前使用手動操作，通過兩臺132KW電機工頻驅動實現出槽和牽引，機械部分采用減速箱傳動，鐵牛出槽時一臺電機或兩臺電機正轉，當鐵牛快和重車相撞時，由操作工停止電機運轉，鐵牛靠自慣性與重車相撞，再由操作工啟動電機反轉，再牽引重車到液壓平臺，脫鉤后回槽。電機啟動時系統采用頻敏變阻器降壓啟動，停車時系統使用機械抱閘實現快速制動。

    該系統在運行過程中故障率高，維護量大，給正常的生產秩序帶來阻礙。具體表現在：盡管使用了頻敏變阻器，但啟動沖擊電流仍然很大，且電機頻繁啟動，嚴重影響電機的使用壽命；由于牽引車皮時負載慣性大，機械制動時經常不能一次準確停車定位，造成電機的頻繁啟停。同時由于電機仍在旋轉時機械開始抱閘，剎車容易損壞。

    兩臺電機的速度和力矩分配不均，使機械齒條和電機的使用壽命受到影響。系統運行過程全部手動，效率低。操作工的工作量大。

三、鐵牛變頻改造方案及特點：

                                                                            圖二

        控制系統中加入S7-200或S7-300 PLC和ABB變頻器來實現自動控制、實現電機的軟啟動和電氣制動，原系統存在的問題得以解決，其原理框圖見圖2。自動控制系統選擇單周期和循環控制兩種方式。選擇單周期時，系統自動循環一個周期便停止，如果要繼續運行，則重新按啟動按鈕。選擇循環控制時系統自動循環運行，按下停止按鈕即時停止。另外再加入一套手動控制系統，不經過PLC，直接控制繼電器，當PLC系統出現故障時，系統也能正常運行。

        具體描述：由于系統采用自動控制，所以鐵牛和重車的運行狀態和位置需要識別，回槽限位開關（7XK）、鐵牛的位置開關（8XK）、重車的到位置開關（9XK），限位開關的功能如下：

    鐵牛回槽限位開關（7XK）∶ 檢測鐵牛回槽是否超過極限
    鐵牛位置開關（8XK）∶ 檢測鐵牛是否在平臺上
    重車的位置開關（9XK）∶ 檢測重車是否在液壓平臺上

  注：液壓缸上限位開關（4XK）和下限位開關（5XK）取現場的現有信號。 且原系統有超極限開關（3XK），回槽極限（2XK），出槽極限（1XK），當工作系統選擇自動，通過檢測元件檢測系統的狀態和動作及ＰＬＣ對變頻器的狀態進行檢測，通過檢測結果，PLC完成對系統的動作進行控制來實現電機的自動控制。

        當自動系統啟動，鐵牛位于左限位位置，液壓平臺沒有抬升（通過液壓平臺的下限位開關檢測），鐵牛由兩臺或多臺電機帶動右移，8XK有動作，當鐵牛向右且8XK有輸出，鐵牛與重車相撞后，如果變頻器力矩超過設定力矩，則變頻器輸出信號給PLC，兩臺電機同時制動，延時后，兩臺電機同時反轉，帶動重車到液壓平臺，當位置檢測開關9XK有輸出時，兩臺電機同時制動，延時3秒，鐵牛自動向出槽方向運行2秒，鐵牛與重車通過人工或自動脫鉤，然后手動或自動讓兩臺或多臺電機帶動鐵牛回槽，回槽限位開關（7XK）有輸出時，兩臺或多臺電機同時制動并輸出信號給PLC，液壓電機手動啟動，液壓平臺抬升，最前面的一節重車與其后面的重車自動脫鉤并下滑，液壓平臺通過手動下降至最低處，一個循環結束。下一個周期可以開始。

        手動系統由于不經過PLC，直接對繼電器和變頻器進行控制，只是增加兩臺變頻器，與原系統基本相同；形成一套冗余系統，在PLC發生故障時也能運行。手動時可連續運行和點動運行。

        系統使用ABB的兩臺變頻器，采用主從傳動，DTC（直接轉矩控制方式）控制方式，主變頻器與其從變頻器之間采用光纖通訊，所有來自外部的數字、模擬輸入只進入主變頻器，主變頻器接到外部指令后，其從變頻器立即作出與主變頻器一致的啟動、運行、速度、力矩、電氣制動等緊緊跟隨。該系統的速度監視功能使電氣制動到零速時快速實現機械制動，轉矩監視功能不但保護了變頻器，還為系統確定了鐵牛撞上重車并拽穩重車后使鐵牛自動牽引車皮往液壓平臺方向運行的信號。主從傳動方式中的速度、力矩控制使系統實現了兩臺到多臺電機的速度、力矩的平均分配，DTC控制使變頻器實現了對電機的精確的力矩控制，電氣制動加機械制動滿足了系統的快停和準確定位要求。手動加自動控制系統確保了系統的高效連續可靠運行。

四、ABB變頻器優越性能在系統中的體現∶

＊ ABB變頻器可靠的性能和高精度的控制方式，特別是DTC的控制方式在系統中的應用，大提高了系統的可靠性和控制精度。
＊ ABB變頻器的力矩控制方式在系統中的應用，使得鐵牛與重車相撞時，利用變頻器負載突然加大，轉矩突然上升，當輸出轉矩大于設定轉矩時，輸出繼電器動作，給出控制信號到PLC。從而控制系統準備下一步動作。在此過程中可免去傳感器的檢測，且動作可靠，運行穩定。
＊ ABB變頻器主從宏在系統中得到充分應用。由于系統中用了兩臺電機，當鐵牛出車時用一臺電機拖動，拖重車時兩臺電機同時運行，兩臺電機是通過齒輪連接同時拖動，電機與電機之間是硬連接，故兩臺電機之間力矩分配要均勻，不能使其中一臺電機處于重載狀態，另一臺電機處于輕載狀態。ABB變頻器的主從應用宏在此能很好地解決改造前兩臺電機同步性能差和負載分配不均的問題。且主從變頻器之間通過光纖通訊，系統穩定性能好。

五、結論：

    鐵牛改造后，系統實現了自動控制，電機的軟啟和軟停，電氣制動加機械制動的快速制動和車皮的準確定位，提高了生產效率，減少了系統對熟練操作工的依賴，系統運行更加穩定，減少了設備的維護量。同時減少了鐵牛與重車相撞的電流沖擊。設備運行效率提高，節約電能，運行可靠性增加。

參考文獻
[1] ABB ACS600標準傳動變頻器技術樣本。
[2] ABB ACS600固件手冊及固件手冊補充說明主/從應用宏。

作者簡介

宋凱飛：合肥工業大學自動化專業，現任職于深圳市庫馬克新技術股份有限公司，從事交流變頻調速及PLC控制系統的開發工作