连铸机中包水口快换液压控制系统的PLC改造

[摘 要]ZY-HDSK03-WMD型中包水口快换机构广泛应用于冶金行业连铸系统，其传统的控制方式是采用继电器逻辑原理控制，由于利用继电器控制系统比较复杂，难于操作。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端，近年来PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、安装周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它继电器逻辑产品难以比拟的，如果用PLC控制技术对这些继电器逻辑系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。因此本次设计是将其改造成为利用PLC控制，这样既可以使中间包水口快换系统更完善，提高了生产的安全性，也减少了控制系统的故障，提高了生产效率。

[关键词]电磁溢流阀 电磁换向阀 PLC

中图分类号：TF341.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0068-01

汉中钢铁集团有限公司炼钢厂2#连铸机中包使用水口快换液压系统，快换液压系统安装在3层浇注平台，进油、回油管路通过拖链与浇注平台手持液压枪体相连接，图1是水口快换液压系统的电气原理图，其控制要求如下：按下S2油泵启动按钮，K1吸合自锁，M1油泵电机得电运行，在按下S4充压开关，K3吸合自锁运行，通过K3的常开触头闭合接通电接点压力表P，再将S6水口换向转换开关扳向快换位置，电磁换向阀YV2得电吸合，快换机构油缸头伸出，进行中包水口的快速更换，然后再将S6水口换向转换开关扳向返回位置，电磁换向阀YV2失电，电磁换向阀YV3得电，快换机构油缸头缩回，这时在按下S3充压停止按钮和S1油泵停止按钮，系统停止充压，油泵电机停止运行，为下一次的水口快换做好准备。系统压力是靠电接点压力表调节，当压力低于下限时，P1下限触点闭合，K4吸合，当压力高过整定下限值时K4通过常开触头自锁继续运行，同时电磁溢流阀YV1通过K4常开触头导通得电工作，当系统压力高于整定上限值时，P2上限触头闭合，接通K5，同时串接在K4中的K5常闭触头打开，K4失电，电磁溢流阀YV1失电，将系统压力限制在整定上限值以下，当压力低于上限值高于下限值时，K5失电复位，只有当系统压力低于下限整定值时，K4重新得电吸合，压力始终控制在下限与上限整定值之间，为系统提供一个稳定的压力运行环境。两台油泵电机通过S5选择开关指定一台工作，同时通过K6的通断选择那一组电磁阀工作，YV1.YV2.YV3和M1为一组，YV4.YV5.YV6和M2为另一组。

PLC的选择：

根据电气原理图去掉K3～K6中间继电器，最终定为9个输入点和10个输出点，本着即经济又满足设备的正常使用，决定选用西门子S-200/6ES7 214-1BD23-0XB8可编程序控制器（CPU224 继电器输出，14输入/10输出），PLC的I/0输入输出端子分配表如图I/0。

PLC的输入输出端接线图（如图2）

PLC控制分析：

当按下油泵启动按钮S2，I0.1闭合经过PLC内部辅助点M1.0动断触点导通，Q0.0自锁，则输出继电器Q0.0线圈导通，K1动作，油泵电机M1运行，系统充压使用时，按下充压启动按钮S4，I0.3动合触点闭合导通，M2导通自锁。当通过S5动合触点选择开关选择M1电机运行后，油压低于下限值P1接通，I0.7动合触点闭合经过M4.0动断触点，M3.0导通自锁，同时Q0.2输出继电器导通，电磁溢流阀YV1得电工作，油压高于上限值时，上限动合触点P2接通，I1.0动合触点闭合，M4.0导通，M4.0动断触点断开，M3.0断开，Q0.2输出继电器断开，电磁溢流阀YV1失电不工作，只有当系统压力低于整定下限值时，下限动合触点P1再次接通，M3.0动合触点再次导通，电磁溢流阀YV1重新得电工作，开始新一轮的依靠P1.P2动合触点的闭合.断开将液压系统压力保持在设定范围内。进行水口快换工作S6转换开关转向快换位置，快换动合触点接通，I0.5动合触点闭合，同时输出继电器Q0.4导通，电磁换向阀YV2得电工作，换向油缸头伸出进行中包水口的更换，然后将S6转换开关再转向返回位置，快换动合触点复位，输出继电器Q0.4停止导通，电磁换向阀YV2失电停止工作，同时返回动合触点I0.6闭合，输出继电器Q0.5导通，换向电磁阀YV3得电工作，换向油缸头缩回，更换中包水口的工作完毕，同时按下停止按钮S1、S3，S1/S3的动断触点断开，I0.0、I0.2动合触点断开复位，Q0.0/M2.0自锁失电停止导通，输出继电器Q0.0断开，K1交流接触器失电油泵电机停止运行，充压停止，整个液压系统完成一个工作周期。油泵电机与之相配套电磁阀的转换工作靠M1.0的动断触点和M1.0的动合触点来选择工作，一次使用一套设备，另一套备用。

通过对原控制电路的分析，得出I/0点的个数，确定PLC的型号，绘出PLC输入输出端接线图，在PC机上用西门子200PLC专用 STEP7-MICRO/WIN4.0编程软件进行控制梯形图的编写，然后通过西门子200编程电缆PC-PPI+将程序下载至200PLC内，拆除原控制箱中的K3～K6中间继电器，保留其它电气设备，安装上西门子200PLC，对照PLC输入输出端接线图接线，一次试车成功，经过一个季度的使用，岗位操作工反映使用良好，解决了由于工作环境恶劣，有时造成中间继电器的吸合不到位触点接触不良或吸合后铁芯粘连触点打不开所引起的液压油缸不连贯工作的故障，体现出了PLC可靠性高，抗干扰能力强特点，因触点接触不良造成的故障大为减少，在实际应用中具有良好的效果，为2#连铸机组顺利生产起到了强有力的保障作用。

通过实践改造，认为交流继电器式控制系统用PLC控制系统代换是十分必要和可行的，特别是在工作环境恶劣的情况下是普通控制系统所无法比拟的，有效的避免了在关键性控制系统中由于外在因素造成生产中断的损失，满足特殊工业控制场合的需求，使PLC控制系统在工业环境下发挥更大的作用，为电气设备连续无故障运行提供可靠的支持。

参考文献：

【1】 熊幸明.工厂电气控制技术.北京：清华大学出版社，2007.

【2】 路甬祥.液压气动技术手册.北京：机械工业出版社，2002.