全自动平板车功能实现及应用

林衍章

摘要：本论文介绍了冷轧钢厂生产线电动平板车全自动钢卷的输送过程，电动平板车定位、速度控制、电气安全保护措施进行分析，实现电动平车自动运行功能。

关键词：平车，自动，控制。

0前言

本论文介绍了冷轧钢厂生产线平板车全自动钢卷的输送过程，平板车全自动运输钢卷，平板车在全自动模式中运输过程中能够实现自动启动、自动停车、变频器控制电机控制。平板车全自动功能的应用可以大大提高了冷轧厂运卷的效率，优化岗位人员资源配置。

1平板车主要设备及功能介绍

1.1鞍座

鞍座的作用是从天车接收钢卷和储存钢卷，有1#鞍座、2#鞍座、3#鞍座、4#鞍座。鞍座从天车接收所需的轧制的钢卷卷子。每个鞍座间隔之间安装有用于检测钢卷感应开关。

1.2电动平车本体：8000X2500X1200MM

1.3电动平车运行速度：30M/min

1.4车轮直径：700mm（8轮）

1.5减速机：减速比：99.34

2.电控系统

2.1电机：电动平车运行系统动力源。型号：YZR160L-6 11KWX2台、电压：AC380V、电流22AX2、转速：945r/min，每台电机最大转矩为2.47

2.2无线远程I/O控制器：具有通信功能的数据采集、传送模块，自身没有控制调节功能。只是将现场数据送到控制中心（比如PLC），或者接受控制中心的数据，对现场设备进行控制。无线远程I/O控制器和控制中心距离100米。手机、对讲机采用了防抗扰技术，对无线远程I/O控制器不会出现干扰源。其主要技术参数：

（1）输入：8路开关量

（2）输出：8路继电器（5A/常开）

（3）接线接口：采用外接式18位接线端子，可方便地拆卸连线

（4）输入范围：90mA

（5）外接电源电压： DC9v～36V

（6）安装方式：导轨安装或简单固定方式

(7) 远程I/O控制器型号：RC608

(8)频段:433兆赫

（9）接收范围：300米

2.3丹佛斯FC300变频器：选用变频器37KW，输出电流选择电机本身输出电流44A。变频器输出电流可以调整范围是电机的百分之二百。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的。因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。

丹佛斯FC300变频器特点：

（1）既可用于单机驱动系统，也可集成到“自动化系统中”

（2）易于安装，参数设置和调试

（3）对控制信号的响应时快速

（4）模块化设计，配置非常灵活

（5）电动机运行的噪音低

2.4系统硬件部分西门子S7-300PLC简介：

S7-300可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通讯技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用各个领域，由于早期的可编程控制器只能进行计数、定时以及对开关量的逻辑控制，因此，它被称为可编程序逻辑控制器，简称PLC。后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远超出逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为PC。但个人计算机也简称PC，所以为了避免混淆，可编程序控制器仍被称为PLC. 目前PLC使用性能较好的SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司，根据性价比的选择，根据被控对象的1/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，本系统采用SIEMENS公司的S7-300系列PLC。它属于小型到中型的PLC，通常用来控制几十个到几百个I/O点的系统。

S7-300系列PLC是西门子公司的可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面(HMI)可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成C队网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承了和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以应用非常广泛。

2.5 S7-300PLC基本硬件及组成，如图1所示。

图1 PLC硬件组成图

（1）PS(电源模块) 把市电转换成DC24V电源供给PLC系统使用。

（2）CPU模块 PLC的核心，存储并执行用户程序，实现某些类型的通信为背部U型总线提供DC5V电源

（3）IM(接口模块) 用于不同导轨之间的总线连接。

（4）SM(信号模块)  连接输入和输出信号，可分为开关量输入（DI）模块、开关量输出（DO）模块、模拟量输出(AI)模块、模拟量输出(AO)模块。

（5）FM（功能模块） 实现特殊的功能，如高速计数、点位控制、闭环控制等。

（6）CP(通讯处理器)用作联网接口，可作PROFIBUS网，工业以太网，点对点等连接。

（7）把这些模块紧密排列安装在导轨上九组成了可编程控制器，各个模块之间的联系由背部的U形总线来完成。

3电动平车自动控制功能实现：

3.1电动平车自动运卷功能原理介绍

天车把钢卷放到电动平车1#、2#、3#、4#鞍座，当鞍座卷位放满钢卷后，鞍座上的感应开关检测满卷，同时把钢卷的检测信号发送至从站PLC，从站PLC经过运算处理后，通过无线远程I/O控制器发送信号至主PLC，主PLC接收到现场传输回的信号后，经过运算处理及确认后发出运行指令，控制现场电动平车变频器的起、停动作及运行频率。电动机轴上装有液压抱闸制动装置，用来在变频器停止命令发出后制动电机轴，为了防止溜车的。变频器平缓减速才是防止惯性掉钢卷。变频器运行时通过输入信号进行控制电动电动平车减速、停止。变频器的加减速时间，均为5S。变频器运行频率是50HZ。

3.2电动平车定位及速度控制功能实现

实现全自动的准确定位和稳定的速度控制是确保电动平车平稳可靠运输负载的关键技术之一。本电动平车控制方式主要采用位置-速度反馈控制方式，以及液压抱闸制动方式，对电动平车进行速度控制，以及电动平车的停止与运行。

电动平车位置-速度反馈控制方式如图2所示，当电动平车正向行驶时，到达B点(正向加速点)，电动平车变频器频率输出最大速度值50HZ，电动平车加速运行；当正向运行到达C点(正向减速点)时开始减速运行15HZ；当运行到达D点，电动平车停止。此时天车开始卸运钢卷，天车把钢卷全部吊离电动平车钢卷鞍座后，等待10S。电动平车由终点向起点反向行驶，当电动平车反向行驶至C点(反向加速点)，电动平车变频器频率输出最大速度值50HZ，电动平车加速运行；当反向运行至B点(反向减速点)时开始减速运行15HZ；当运行到达A点，电动平车停止，完成电动平车一周期的运卷任务。当电动平车到达的A、B、C、D点采用感应开关检测信号，停车的准确度距离1.5米范围内。

A点   B点                                  C点   D点

图2

4电气安全保护措施：

控制系统安装断路器、空气开关、热继、相序保护器作为主要电气元件进行保护。中控室操作台面板上安装紧急断电保护按钮，当现场发生异常故障时，可远程快速切断电源进线断路器，保护控制系统安全与电动平车运卷安全。

5改造原因

5.1主要频繁出现接触器输出电压不平衡，导致电机烧坏故障率较高，此类故障对转卷速度产生较大影响，导致下一道工序作业无法按时完成。此时柳钢钢材销售势头好，公司要求冷轧板带厂高产稳产，设备稳定性压力很大。电气维护人员去到现场测量接触器输出电压三相不平衡，我们彻底检查线路，经过排查，最后我们发现此故障属于启动电动平车瞬间电流过大，接触器容量过小导致故障。频繁操作电动平车接触器触头电流过大烧坏触头，触点导电性能受到影响，电压降低使电机长期运行在缺相状态。

5.2岗位操作人员需要随电动平车一起行走，每个班劳动强度大。

6改造方案

6.1找到问题所在，我们决定更换控制方式和改造控制线路，由原来手动控制电力拖动正反转输出控制方式。修改为PLC+ 丹佛斯FC300变频器直接控制输出方式，避免由于现场频繁操作手柄按钮引起控制线短路、开路、接触器触头烧坏、电机缺相等因素，扩大事故范围。使用了PLC+ 丹佛斯FC300变频器输出后，变频器低频下的转矩要求高， 且低频下变频器出力矩平稳、均匀，无转矩脉动和突跳。电动平车出现故障后，电气维护人员到达现场查看丹佛斯FC300变频器LCP面板故障代码，故障代码均为中文显示。为更好分析和处理故障提供了条件。变频器控制面板主要故障查询功能如下：

6.1.1 LCP面板显示“主电源缺相”

故障原因：电源进线送到，接触不牢固。

故障处理：断开进线电源，重新紧固电源进线

6.1.2 LCP面板显示“过电流”，

故障原因：机械减速机、轮体损坏、液压制动器无动作。

故障处理：检查液压制动器是否正常、机械设备轴承是否损坏

6.1.3 LCP面板显示“接地故障”

故障原因：电机漏电或者电缆破皮

故障处理：检查电机和电缆的绝缘

6.1.4 LCP面板显示“短路”

故障原因：电机短路、电机端子短路、

故障处理：检查电机接线是否完好、接线端子是否粘连

6.2电动平车整改前后控制电路图

6.2.1整改前控制电路图纸：

图3

6.2.2整改后变频控制电路图：

图4

整改后变频控制接线如下：

（1）停止输入对应端子排X21-1

（2）正转启动对应端子排X21-2

（3）正转加速对应端子排X21-3

（4）正转减速对应端子排X21-4

（5）反转启动对应端子排X21-5

（6）反转加速对应端子排X21-6

（7）反转减速对应端子排X21-7

7结束语

电动平车它作为厂房内部运输工具，节约能源和适应生产的需要。大大节约了岗位资源，提高了生产效率。实现了运输过程的全自动化控制，本文完成了电动平车控制系统设计。在设计的整个过程中让我学到了很多东西，使我在设计能力方面有个一定的提高，但由于个人能力和时间的限制，还有很多不足之处，譬如PLC软件的编程和使用先进的设备，这是我今后努力的方向。

参考文献：

[1]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社，2002：14-16.

[2]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：27-28.

[3]丹佛斯FC300变频器使用手册

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