120吨转炉卸矿车定位控制及限位改造

摘 要：卸矿车是转炉生产过程中的一个关键辅助设备，如何有效和安全地控制卸矿车快速准确定位对于转炉及时加入合金元素，保证钢水质量有着重要的意义。本文介绍了卸矿车运行过程中的定位控制，以及对限位的改造。从实际应用效果看，改造限位后卸矿车定位快速、准确，取得了很好的效果。

关键词：转炉合金 卸矿车 快速准确定位

1、用途特点

卸料小车用于将TD75、DTII型系列胶带输送机输送的物料卸到输送机中部的任意点，以最大范围利用场地堆积物料或分配物料。该卸料小车具有结构紧凑合理、使用可靠、寿命长、维修方便、维护成本低等特点，广泛用于矿山、电力、冶金、煤炭、港口、建材等行业。

1.1 工作原理

卸料小车事通过车上的电动机轻减速机器、链条带动行走轮使小车可在输送机机架的导轨上来回移动，输送机输送的无聊到达小车位置后落入小车的卸漏斗中，从而达到在输送机中部任一点卸料的目的。

1.2 结构组成

卸料车主要由车架、滚筒组、托辊组、驱动装置、行轮组、漏斗组成。

1.3 安装、调试运行

1.3.1 安装

卸料车整机安装与初步调试在厂内完成，现场只需将小车放置在机架导轨上，并将输送带穿过小车的滚筒、托辊组，使输送带形成经头部的传动滚筒、尾部的改向滚筒、卸料车的环绕形式即可。

1.3.2 调试运行

在完成输送带连接、小车电缆布置等工作后，即可按以下步骤进行调试：

1.3.2.1 开机前要检查减速机是否加油，周围是否存在小车行走时会碰撞的障碍物，确认后才可开机。

1.3.2.2 第一次开机时应以点动方式进行，检查小车的制动器是否调整合适。

1.3.2.3 小车在机架到过上行走第一边时，应采取点动方式进行，一是防止可能于障碍物发生碰撞，二是可以在小车行走时检查导轨与小车轮之间的配合情况。

1.4 操作与维护

1.4.1 专人操作，专人维护

1.4.2 注意安全，开机前观察小车周围无人后开机

1.4.3 每天检查设备，清理排除影响设备的不利因素，如设备上的合金元素等。

1.4.4 定期对设备部件连接紧固件是否松动竟是拧紧，定期加脂，传动链条加油。

附表1：

卸料车（B1000）技术特性表

2. 概述

随着市场的竞争，用户对钢铁产品的质量和性能要求越来越高，而转炉的生产过程中，及时、准确的添加合金元素元素是提高钢铁产品质量和性能的一个有效手段。卸矿车是转炉生产过程中的一个关键辅助设备，它的作用是在生产中需要添加合金元素元素时，准确地定位在需要的转炉上方，合金元素通过皮带由卸矿车汇集到汇总料斗中再加入转炉中，从而改变钢水的成分，达到工艺的要求。在此过程中，如果卸矿车不能准确、及时定位，势必会影响生产冶炼进度及影响钢水质量。

3. 初期卸矿车的定位方式及其不足

3.1 初期卸矿车的定位方式

卸矿车安装在三座120吨转炉的上方，通过电机正反转运行，前进或后退。三座转炉上位画面均可以发出请求指令，通过通讯传入PLC，要求到达某一座转炉。当卸矿车按照指令运行，到达转炉上方后，卸矿车轨道上的接近开关发讯，将信号传入PLC，卸矿车停止运行。同时画面显示卸矿车到位，操作人员启动皮带，合金元素通过卸矿车加入到汇集料斗炉内，在需要的时候加完合金元素后，再根据其他转炉的需要，在上位画面上再次请求，往其它转炉上方运行。电机依靠控制接触器工频运行，通过接近开关发讯进行定位。卸矿车带有自由辊装置，主要用于皮带旋转。

卸矿车一般采用二种操作方式：

（1） 现场操作方式：通过现场操作和手动操作卸矿车运行。这种操作只是在检修过程中使用，现场控制运行设备，观察机械设备及电机是否正常。这种操作是点动操作，将现场操作箱的转换开关转到机旁位，按动前进或后退按钮，就可使卸矿车运行。

（2） 中央操作方式：通过HMI和PLC，操作人员依据三座转炉的工艺要求，在主控室的上位画面上操作运行设备。这种操作方式为主要的操作方式，属自动方式。需要将现场操作箱的转换开关转到集中位，方可进行此方式操作。

为保证安全，在紧急情况下设计有3种操作方式：

（1） 在运行过程中，现场有人，运行会发生人员伤害时，可就近拉动拉绳开关，使卸矿车及时停止。

（2） 在现场操作时，如遇到按钮卡滞等现象时可按下现场操作箱的急停按钮，能使设备立即停止。

（3） 在主控室通过工业电视发现有异常状况时，可按下主控室的急停按钮，也可使设备停止运行。

3.2 初期卸矿车定位方式的不足

作为转炉冶炼，合金元素加料系统的关键设备，当发生定位不及时准确的问题时，需要维护人员赶到现场进行位置调整或修理设备，使得转炉无法正常生产，制约了二炼钢产能的提高。经总结分析，卸矿车的定位主要存在以下不足：

（1） 为了降低成本，卸矿车电机没有使用变频器控制，电机工频（50Hz）运行。虽然机械机构压箱使得卸矿车运行速度减慢，因没有制动装置，依靠惯性，卸矿车仍然经常有跑过位的现象。当出现跑过位现象时，需要维护人员在现场手动操作，调整卸矿车位置，直到达到要求为止。

（2） 卸矿车位置传感器使用的是直流24v电压的接近开关，接近开关安装在卸矿车的轨道上，在卸矿车上安装感应装置（多为角钢或槽钢）。当卸矿车到位时，感应装置感应接近开关，使开关发出信号。次接近开关有效感应距离只有15毫米，感应装置和接近开关的距离必须调整在15毫米以内，但当机械机构发生故障，卸矿车整体有偏移时，感应装置就会将接近开关撞坏，造成开关不发讯或误发讯，也使得卸矿车无法完成正常定位。在程序中，当有两个位置的限位同时发讯时，会输出一个中间变量，引入到卸矿车运行允许条件的程序段中，使卸矿车无法运行。发生此故障，必须需要维护人员感到现场，更换接近开关，才能继续使用。

（3） 当卸矿车从一座转炉向另一座转炉运行时（例如从2#转炉到1#转炉或从2#转炉到3#转炉），如果车实际已到位，但限位未发讯，卸矿车将继续前行，因没有极限位及机械保护，卸矿车可能冲出轨道，将会拉断电缆及造成车体设备损坏。抢修卸矿车整体设备需要较多时间，会使二炼钢全线停产。

4、卸矿车定位控制及限位改造介绍

4.1 卸矿车运行过位问题

因卸矿车运行过位主要是因为没有制动装置和工频运行且没有减速造成的，因此依靠增加制动装置和变频器及增加减速限位来解决此问题。

4.1.1 制动装置采用的是电磁制动器，安装比较方便，制动原理比较简单。电磁制动器采用单独的电源，当PLC控制发出允许运行指令时，接触器得电，使得整流装置得电，整流器输入为220V交流电，输出为110V直流电，电磁线圈得电后，使刹车片脱开，处于打开状态，电动机可以正常运转。当接触器失电后，制动器刹车片抱死，在电动机由于惯性还在运转时，能起到迅速制动的作用。此类制动器的使用关键在于刹车片之间距离的调整，刹车片距离如果太近或太远，都不能达到松开制动与制动的作用。经过多次的实验，最终确定此刹车片之间的距离为0.8毫米时为最佳距离，能达到最好的效果。因此，每次进行调整时都使用塞尺，保证刹车片之间的距离。

4.1.2 主回路由工频控制，改为变频器控制

因主回路由接触器控制，电机始终全速运转，即50Hz工频运转。虽然增加了制动器进行制动，在全速运行时能起到立即制动的作用，但对电机的冲击很大，易造成电机机械部位的损害。

考虑到这些因素，对主回路进行替换，用可根据需要进行变速的变频器替代接触器，完成调速。

对比价格和所使用的PLC配套使用，我们选择AB系列的powerflex700型的变频器。此种变频器价格较低，属于矢量控制变频器，可以通过controlnet网线，直接和PLC进行通讯连接，直接用device软件，设定好变频器的参数，直接上传或下载参数，便于变频器参数的修改，在更换变频器前，将参数上传到PLC，更换后，将备份好的参数直接下载到变频器，从而控制变频器。第二种控制方式，是直接连线，给变频器节点信号，主要包括使能信号，正反转信号，减速信号。因变频器控制电机主要是正反转和加减速的控制，比较简单，所以采用第二种方式控制变频器。

增加变频器后，就需要在1#3#炉停止位的一边，2#炉停止位的两边分别再增加一个限位，作为此位置的减速位限位。例如，原本小车在1#炉位置，操作人员发出向2#炉运行的指令，条件允许的情况下，小车以高频向2#炉方向运行，当碰到2#炉的减速位后，限位信号给入PLC，PLC输出减速信号传入变频器，小车虽然继续运行，但速度已降为设定的低频速度，在运行过程中，碰到停止位限位后，变频器输出停止，制动装置进行制动，小车立即停止。可准确的完成定位。因为在低速的状态下制动，电机受到的冲击非常小，可有效地保护电机的机械机构。

使用变频器，需要在减速位进行减速，就必须设置两个重要的速度参数，分别是参数速度1和速度2，通常我们我们设定速度1的速度为45-50Hz，因设定太小影响整车的运行速度，设定速度2的速度为25Hz，此速度不能太大，否则起不到变频减速的作用。停止位和减速位之间的位置一般为40cm，此距离应该符合从高速到低速设定的减速时间。

使用变频器比使用接触器能更好地实现定位，但它的缺点是价格比接触器更加昂贵。

4.2 卸矿车接近开关损坏问题

因接近开关和感应装置之间距离小，车体发生变形倾斜后，直接造成接近开关的损坏故障，因此需要对限位进行改造。改造方法主要是引进一个直流24V中间继电器，将限位换成接有继电器A2线圈引线的弹簧（引线依靠绝缘子与接地分开），因厂内设备零线和地线电位相同，当感应装置（角钢或槽钢）和弹簧接触时，中间继电器吸合，中间继电器常开节点闭合，给PLC输入模块一信号，表示卸矿车已到位。（控制原理如图）

改造后，即使卸矿车车体发生了偏移，但感应装置依然能够碰上弹簧，中间继电器只要吸合，就能将到位信号准确的传人PLC。

另外，为防止一个限位发讯不正常，影响定位，因此在卸矿车允许的范围内，又增加了一个相同的限位，这两个限位并联使用，提高了限位发讯的可靠性。

4.3 卸矿车冲出轨道问题。

为防止卸矿车冲出轨道，首先在卸矿车两边增加了极限位，限位方式也是采用触碰弹簧。当碰到极限位，前进（后退）极限位发讯后，在程序中将断开允许前进（后退）条件回路，卸矿车将无法运行。

另外，增加了一段程序。例如，卸矿车从2#炉运行到3#炉，正常时间为30秒，可当指令执行，运行到35秒时3#炉限位还没有发讯，就将引入一中间变量，使程序中卸矿车允许运行的回路断开，立即使卸矿车停止，再次保证卸矿车不冲出轨道。程序如下：

5、二炼钢卸矿车快速准确定位的实施效果

通过增加设备，限位的改造，以及在程序中进行的修改，使得卸矿车的快速准确定位取得了明显的良好效果。

因增加了制动装置，以及使用变频器代替接触器，使得卸矿车定位更加准确快速，每次运行都能够在规定的范围内停车。

增加的弹簧有较好的韧性，不必担心感应装置将其撞坏。另外，取消了接近开关后，降低了开关使用及损耗的成本。

通过极限位的加装及程序的修改，再也未发生卸矿车冲出轨道的现象。

6、注意事项

由于在限位改造后，主要依靠感应装置和弹簧的接触而使中间继电器吸合。在转炉区域，由于灰尘较多，感应装置或弹簧上有积灰会影响两者的可靠接触，从而使中间继电器不吸合，到位信号无法传人PLC，这就要求在日常维护中，要及时清理感应装置上的积灰，为保证接触更加可靠，还需要用砂纸对感应装置和弹簧进行打磨。

7、技术提高及改进措施

在当今现代技术日渐发达，经常使用新技术，虽然成本较高，但使用新技术可以提高职工技能，提高素质，为企业长远发展提高夯实基础。

例如，现在使用一种新的位置检测装置，激光检测仪，此检测仪可通过发射激光和接收激光，来判断检测设备是否到位。这种检测仪不受环境的影响，同时检测准确。

激光检测仪价格较贵，每套装置一千元左右，因此只是在部分最关键的设备上使用，激光检测仪也适用于此卸矿车，如经济条件允许，将使用此种激光检测仪来代替限位。

参考文献

[1] AB PLC，Allen-Bradley，Rockwell Automation，Rockwell Software 编程手册使用说明书。

[2]120吨转炉控制操作手册