摘要：为有效解决铸造起重机传统控制系统中存的问题，以炼钢厂260吨起重机电气控制系统设计为研究的对象，采用西门子PLC控制系统和变频器方法进行系统设计，实验结果表明：设计后的铸造起重机运行安全、稳定，经济效益显著提高，事故的发生率显著降低，完全满足生产的需要，具有良好的应用价值。
关键词：炼钢厂；铸造起重机；西门子PLC；电子控制系统；电动机
铸造起重机作为钢厂冶炼车间的主要运输设备，在冶炼的过程中能够实现叶天金属的转运、浇注等作业，操作简单方便，有助于提高铸造车间的生产效率。而传统的铸造起重机采用的是直接启动电动机的方案，调速的范围小，无法高速运行，控制电路也十分的复杂，提高了系统的故障发生率。因此，起重工作中的合理化电气控制系统能够有效地降低起重过程中的位置偏差、能耗大等问题，实现车间的高效运作。本文以铸造起重机的电气控制系统作为研究的对象，使用西门子PLC控制系统针对传统起重机中的缺陷提出有效的控制策略，进而保障系统的安全稳定运行。
1铸造起重机控制系统总体设计
该炼钢厂的铸造起重机由传动机构、电气控制系统和金属结构三部分组成，金属结构主要包括主副梁、端梁以及司机室三部分组成，也是整个铸造起重机的结构和框架，传动部分主要包括大车小车的运行机构以及主起升机构。电气控制系统包括供电系统、电器元件等。
1.1铸造起重机PLC设计方案。选用简单的PLC系统实现各个模块的功能。其功能如图1所示。该起重机CPU模块选择6ES315产品，输出和输入模块共12个节点，PLC系统分为主站和从站，分别安装在电气桥箱内和驾驶室内。该起重机采用定子调压调速系统，采用交流变频调速系统实现平移，其负载的260吨左右，两台电动机的恶性电流为1600A，变频器的特性无法满足力矩，因此，在起升机构上选用了调压调速装置，平移机构选用交流变频调速。
1.2控制设备的选型。1.2.1PLC选型。PLC程序的设计需要综合考虑控制的对象，确定控制独享完成的动作以及控制的顺序。按照生产工艺的要求，确定I/O点数和类型，列出清单。按照内存的容量选择适当的余量，对控制系统选择使用程序所需要的内存容量。对于模拟量的输入和输出控制系统需要100个存储器字。PLC硬件的选择上要考虑其使用的性能，结合电气控制系统的实现功能和系统的要求绘制出电气控制线路图，按照控制的要求和功能顺序进行软件控制的设计，并绘制出梯形图。在程序设计时，预先设计好内部的继电器、定时器等，表明用途和控制的顺序。按照模拟调试的情况对PLC进行现场的连接，检查各个系统的运行情况。按照上述的要求，该铸造起重机PLC选择西门子S7-300中的314和315两种型号。由于该铸造起重机有三个运行机构，采用的输入和输出模块不是很多，因此，采用314的CPU完全能够满足电控系统的需求。315的CPU具有较高的安全性能，对每个运行机构都能够很好的控制。采用6ES716点输入，采用6ES732216点输出。1.2.2调压调速装置选型。电动机的调压调速作为一种先进的调速方式，这种调速方式运行稳定可靠，并且在国内外的一些铸造行业中广泛应用。图2为调速调压装置的运行曲线。当给定速度n1和负载M1，调压调速装置运用调速曲线对电动机的输出供电电压进行调节，进而使得曲线内移，与真实的调速曲线相吻合，进而得到对应的工作点Q。在铸造起重机中，电动机转子的工作状态和发热情况对其工作状态和系统的性能具有很大的影响。为了保障在低压的状态下系统能够进行正常的调速调压，需要确定输出力矩，保障晶闸管具有较大的输出电流。因此，调压调速系统SIEMENS公司的调速装置，该装置采用闭环控制的方式，工作特性和总体的性能良好。
2传动系统参数设计
2.1调压调速系统参数设计。260吨铸造起重机主起升机结构的基本参数如表1所示。传动系统采用双电机，整体减速，如果发生故障，另一台仍旧能够进行短时期的工作。在起重机调压调速系统中，电动机转子电阻器起着十分关键性的作用，对系统的稳定性和电动机的工作状态和发热情况具有很大的影响。本文选取的调压调速装置主起升机电动机的转子需要按照生产的工艺流程进行。主起升机主要的抵押电气元件有换向接触器、转子接触器以及主断路器。换向接触器满足额定电流800A，闭合代开满足调压调速装置的要求。转子接触器额电流500A，能够实现调压调速装置线圈快速闭合和打开时间的要求。主断路器额定电流1600A，具有电子脱扣装置，保护设定的参数范围，对脱扣装置的性能及时的反馈，进而满足对调压调速装置的全面保护。
2.2变频调速系统参数设计。变频控制器可以分为v/f控制变频器和转差频率控制变频器等类型，260吨铸造起重机在电动机和减速机不便，采用采用的是v/f控制变频器。v/f控制变频器初期采用采用的是v/f的控制方式，但是，定子在实际的运行中存在着阻碍，因此，当电动机低速转动时，需要进行降压控制，进而保障电动机能够在低速区域运行时仍旧能够获得较大的输出转矩。大车机构变频器选择两台acs800-04-026的变频器，这样利用原有绕线式异步电动机短接转子滑环后使用。主小车机构变频器选型为两台电动机，电流为55A，电阻器专门配置配合生产。
3PLC控制功能的设计和实现
3.1PLC程序的结构。铸造起重机电气控制系统的核心为PLC控制系统，能够实现对整机电气系统的自动化控制、运行监控和故障报警等功能。由于铸造起重机各个结构组成部分相互独立，因此，采用模块化的集成系统。在组织块OBI中决定哪一个模块具备什么样的功能，并且完成各个模块的自动化控制。执行完后返回到OBI中，实现人机界面数据的交换。
3.2主起升机构控制。起重机联通后，PLC实现自检功能，对各个硬件模块以及DP网络进行检验，发现故障所在。一切正常后才可以操作起重机。PLC故障检测中还设定了定子调压装置的检测、过热保护以及过载保护等。主起升机构控制具体实现流程：主起升机首先需要选择电机，选择是双电机操作还是单电机操作。选择完成后启动调压调速装置，选择上升还是下降。如果选择了上升操作，则进行上升运行；如果选择了下降操作，则进行下降运行。之后诊断电机的故障，如果无故障存在，则继续检验是否过载，之后归零。
3.3大车机构控制。大车机构的控制与主起升机控制系统具有相似的特点。具体控制流程为：启动变频调速装置后，选择左行还是右行，如果选择了左行，则进行左行操作和运行，检测电机的故障和变频器的故障等情况之后手柄回归零位。如果选择右行，则需要进行右行操作，检验电机的故障和变频器的故障，之后手柄归零。大车机构设置了左右限位，当达到右极限时，右行操作断掉，只能选择左行。反之，则只能进行右行操作。
3.4监控系统功能实现。监控系统能够现场监控铸造起重机，大量采集运行的参数和信息数据，进而有效地判断设备的故障和问题，进而为铸造生产提供正确的参数。铸造起重机现场网络提供了起重机维护平台和系统的监控平台，与电气设备相配合，通过现场总线的控制实现对电气设备和传感通讯设备等的集中控制，进而监控起重机铸造过程中的运行状态，其结构图如图3所示。起重机维护平台设置在电气室内，通过维护人员进行系统的维护和定期的调试；起重机监控系统能够为起重机的故障诊断和维修运行提供正确的参数和运行书库，给维修提供重要的参数依据，极大地保障了设备的安全运行。同时，两个平台在同一个地点，保障电源供应和系统环境更加的安全稳定。
4结语
铸造起重机的电气控制系统结构复杂，存在一定的控制暗度。本文针对传统铸造起重机电气控制问题，发挥西门子PLC控制系统和调压调速变频器的重要作用和价值，取得了良好的控制效果，并且与铸造生产中的自动化控制提供了可参考的依据。
参考文献：
[1]贾旺.PLC与变频器在桥式起重机电气改造中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018，(5):2518.
[2]甘淑娟.智能控制技术在起重机中的应用研究[J].建筑工程技术与设计，2018，(13):258.
作者:李俊 单位:临汾职业技术学院