基于PLC双通道输出提高冶金天车抱闸安全性

0 引言

    近年来，随着钢铁企业的不断发展企业生产力及规模不断扩大，随之而来的安全事故也不断增长, 冶金天车是钢铁企业中十分重要的设备之一，属特种设备管理范畴，如何提高冶金天车安全性，对企业生产及安全指标至关重要，而抱闸控制的安全、可靠性直接关系到冶金天车的本质安全[1]。该文以酒钢炼轧厂炼钢一、二跨90t冶金天车抱闸控制为研究对象，详细介绍了冶金天车抱闸控制原理以及现用控制方式存在的不足，设计了一种基于PLC双通道输出串联控制冶金天车抱闸制动器的装置，对提高冶金天车抱闸输出的安全可靠性、降低冶金天车对地面岗位人员人身安全及设备安全具有十分重要的意义。

1 冶金天车抱闸控制原理

    冶金天车抱闸控制主要包括主/副起升抱闸控制、大车左右行走抱闸控制及主/副小车行走抱闸控制，为提高冶金天车抱闸控制安全性，抱闸电气制动采用断电制动即电动机运行时,电磁抱闸线圈通电，松开闸瓦;电动机断电时，电磁抱闸线圈断电，闸瓦抱紧电动机转轴，迫使电动机尽快停转。控制原理如图1所示。

图1 抱闸控制原理

    闭合电源隔离开关QS,主回路及控制回路得电,按下启动按钮SB2，接触器KM线圈得电，KM辅助常开点闭合，实现自锁，同时KM主触点闭合，电磁抱闸线圈得电，松开闸瓦，电动机M运行。按下停止按钮SB1，接触器KM线圈断电，KM辅助常开点断开，解除自锁，同时KM主触点断开，电磁抱闸线圈断电，闸瓦抱紧制动，电动机M失电停转。断电制动优点:当冶金天车在运行过程中突然发生故障或停电时，电动机断电，电磁抱闸线圈也断电，闸瓦立即抱住闸轮使电动机迅速制动停转，从而防止了重物突然落下而发生事故。

2 现用抱闸控制方式分析

    炼轧厂炼钢一、二跨90t冶金天车控制系统采用西门子S7-300系列PLC，各部位抱闸控制由PLC数字量输出通道经PLC输出回路、电气控制回路及电气主回路控制抱闸电机实现制动控制。目前钢铁企业冶金天车抱闸控制多采用单PLC数字量输出通道控制，即采用单PLC输出回路、单电气控制回路及单接触器主触点控制抱闸接触器的方式，而在实际应用过程中，由于电路频繁断开感性负载产生的自感电动势导致PLC输出通道粘连或输出继电器线圈无法释放，或者由于现场电磁干扰等因素导致上述故障，或由于接触器长期频繁动作导致接触器出现卡阻等故障现象，当出现PLC输出通道或中间继电器辅助触点粘连或线圈无法释放、接触器卡阻等故障现象时，将导致冶金天车抱闸主回路无法断电，闸瓦无法实现制动，致使冶金天车发生吊物坠落、钢水泼洒的风险，对地面岗位人员人身安全及设备安全造成严重威胁，一旦发生将给企业安全及经济带来巨大的损失[1-2]。以炼轧厂炼钢23#冶金天车大车抱闸控制为例，大车抱闸PLC输出采用单通道Q37. 5控制，控制程序如图2所示。

图2 大车抱闸控制程序图

    单通道Q37.5控制单PLC输出回路，即控制单 档信号后，单通道输出，输出继电器K062得电，继输出继电器K062，当PLC系统检测到大车左或右一电器常开触点闭合，电气控制回路工作，接触器K063线圈得电，接触器主触点闭合，抱闸电机主回路接通，抱闸电机运行，大车抱闸打开[3-4]。当大车左或右一档信号撤销或变频器停止工作等信号到来时,单通道Q37.5停止输出，输出继电器K062线圈失电，继电器常开触点断开，电气控制回路停止工作,接触器K063线圈失电，接触器主触点断开，抱闸电机主回路断开，抱闸电机停止，大车完成抱闸。 

    上述单PLC输出回路、单电气控制回路中当出现模块通道粘连、继电器辅助触点粘连、线圈无法释放、接触器卡阻等故障现象时，将导致冶金天车抱闸主回路无法断电，闸瓦无法实现制动，致使冶金天车发生吊物坠落、钢水泼洒等不安全风险的缺陷。电气控制原理如图3所示。

图3 电气控制原理图

3 PLC双通道输出抱闸控制分析

   为克服单PLC输出回路、单电气控制回路及单接触器主触点控制抱闸接触器出现常开点粘连或线圈无法释放（模块通道粘连、继电器辅助触点粘连、线圈无法释放、接触器卡阻等）导致抱闸控制主回路无法断电，闸瓦无法实现制动，致使冶金天车发生吊物坠落、钢水泼洒的风险，该文设计了一种双PLC数字量输出通道控制抱闸的装置，即采用双PLC输出回路、双电气控制回路，完成双接触器主触点串联控制主回路抱闸接触器的装置，通过采用双PLC输出通道、双中间继电器及双接触器双回路输出串联的方式控制抱闸制动器，实现了双回路中只要有一个点断开，即可完成抱闸主回路断电，闸瓦抱紧制动,实现冶金天车安全可靠抱闸[5-6]。对炼轧厂炼钢23#冶金天车大车抱闸控制进行优化改造，大车抱闸PLC输出采用双通道Q37.5，Q40.0控制，优化控制程序如图4所示。

图4 大车抱闸优化控制程序图

    双通道Q37.5 ,Q40.0控制双PLC输出回路，即同时控制输出继电器K062和K082，当PLC系统检测到大车左或右一档信号后，双通道同时输出，输出继电器K062和K082线圈同时得电，继电器常开触点同时闭合，双电气控制回路同时工作，接触器K063和K083线圈同时得电，接触器主触点同时闭合,串联双主触点抱闸电机主回路接通，抱闸电机运行，大车抱闸打开。当大车左或右一档信号撤销或变频器停止工作等信号到来时，双通道Q37.5, Q40.0同时停止输出，输出继电器K062和K082线圈同时失电，继电器常开触点同时断开，双电气控制回路同时停止工作,接触器K063和K083线圈同时失电，接触器主触点同时断开，串联双主触点抱闸电机主回路断开，抱闸电机停止，大车完成抱闸。上述双PLC输出回路、双电气控制回路中只要有一个点断开，即可完成抱闸主回路断电，闸瓦抱紧制动，即可实现冶金天车安全可靠抱闸，彻底解决了单通道模块通道粘连、继电器辅助触点粘连、线圈无法释放、接触器卡阻等导致无法抱闸的故障现象[6-7]。优化电气控制原理如图5所示。

图5 优化电气控制原理图

4 优越性分析

    PLC双通道输出控制抱闸的装置，克服了单PLC输出回路、单电气控制回路及单接触器主触点控制抱闸接触器出现常开点粘连或线圈无法释放(模块通道粘连、继电器辅助触点粘连、线圈无法释放、接触器卡阻等)导致抱闸主回路无法断电，闸瓦无法实现制动，致使冶金天车发生吊物坠落、钢水泼洒的风险,对提高冶金天车抱闸输出的安全可靠性，降低冶金天车对地面岗位人员人身安全及设备安全具有十分重要的意义。

5 结语

    通过对冶金天车抱闸控制原理的分析和研究，结合现场应用过程中存在的问题和缺陷，基于PLC双通道输出控制抱闸的装置，克服了原单通道输出控制抱闸存在的缺陷，解决了冶金天车主/副起升溜钩、大车相互撞车及主/副小车飞车等故障现象，大大提高了冶金天车抱闸安全性，对企业安全生产具有十分重要的意义。

 

参考文献：

[1] 马玉宝.冶金天车日常维护与管理要点[J].科技与企业，2014(04):319+322.

[2] 申永会.冶金天车日常维护与管理要点分析[J].山西冶金，2017，40(06):129-131.

[3] 郭明良.电气控制与西门子PLC应用技术[M].北京：化学工业出版社，2018.

[4] 曹小燕.实例讲解西门子S7-300/400 PLC编程与应用[M].北京:电子工业出版社，2017.

[5] 徐世许，王美兴，程利荣，等.电气控制技术与PLC[M].北京:人民邮电出版社,2013.

[6] 郑凤翼.怎样识读电气控制电路图[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[7] 姜学勤.电工技术基础[M].北京：化学工业出版社，2009.