環軌冶金葫蘆自動吊運系統的研究與設計＊

臧小惠，吳　丹

（1.大連市特種設備檢測研究院，遼寧大連116021；2.大連電子學校，遼寧大連116023）

環軌冶金葫蘆自動吊運系統的研究與設計＊

臧小惠1，吳丹2

（1.大連市特種設備檢測研究院，遼寧大連116021；2.大連電子學校，遼寧大連116023）

摘要：針對傳統起重機以手動控制為主，動作效率低，穩定性差，安全性不高，易導致事故發生等問題，結合實際檢驗工作，研究并設計一種基于環形軌道的冶金葫蘆自動吊運系統。該系統通過PLC控制有效地提高了系統的自動化程度，在節能的基礎上有效地提高了現場工作效率，保證了設備的安全性和穩定性，大大降低特種設備的事故率。

關鍵詞：環軌；冶金葫蘆；吊運系統

＊國家實用新型專利：一種環軌冶金葫蘆自動吊運系統（專利號：201220031620.8）

1　引言

2007年4月18日，遼寧省鐵嶺市清河特殊鋼有限責任公司發生鋼水包傾覆的特別重大事故，造成現場32名工人死亡。按照國家質量監督檢驗檢疫總局發出的《關于冶金起重機械整治工作有關意見的通知》（國質檢辦特〔2007〕375號）的要求，各地都進行了工作部署，對用非冶金起重機械用于吊運熔融金屬提出了具體的整改要求。相關企業隨之對涉及吊運熔融金屬的非冶金起重機按要求進行了技術整改。雖然進行相應項目的整改后，能基本滿足國家技術規范的要求，但是這些技術方面的整改與完善僅僅局限于單臺起重機，并未從系統的角度出發建立系統的理念，導致系統存在工作效率低、能耗高、穩定性差、安全性較低等缺點［1、2］。

國家最新發布的《中華人民共和國特種設備安全法》中第七條規定：特種設備生產、經營、使用單位應當遵守本法和其他有關法律、法規，建立、健全特種設備安全和節能責任制度，加強特種設備安全和節能管理，確保特種設備生產、經營、使用安全，符合節能要求。

針對以上問題并結合實際檢驗工作，研究并設計一種基于環形軌道的冶金葫蘆自動吊運系統［3］。通過PLC控制有效地提高了系統的自動化程度，大大提高了工作效率。同時冶金葫蘆的運行采用了變頻調速，有效克服轉子串電阻調速中存在的穩定性差、安全性不高的缺陷。有效克服傳統小型起重設備采用人工手動操作、工作效率低、能耗高、穩定性差、安全性低等缺點，并能有效地提高現場工作效率，使得生產過程的安全性和穩定性得到有效保證。

圖1　環軌冶金葫蘆自動吊運系統結構圖

2　傳統吊運方案

傳統起重工作是一項技術性強、危險性大，多工種人員互相配合、互相協調，精心組織、統一指揮的特殊工種作業，所以必須對作業現場的環境、重物吊運路線及吊運指定位置和起重物重量、重心、重物狀況、重物降落點、起重物吊點是否平衡，配備起重設備是否滿足需要，進行分析、計算，正確制定起重方案，達到安全起吊和就位的目的。傳統吊運方案一般采用單臺起重設備往復運行作業；吊運過程中，吊運距離較遠，同時裝卸次數較多，導致了工作效率較低，安全性不高。

3　環軌冶金葫蘆自動吊運系統的結構設計

環軌冶金葫蘆自動吊運系統將原有的直線形軌道，改進為環形軌道，使得冶金葫蘆能在環形軌道上循環運行，有效地提高工作效率。其中環形軌道依次經過4個區域，即熔煉上料區、澆注a區、澆注b區、自動回車段及維修待車區。位于環形軌道上的滑線總共分為7段，由PLC來實現通斷電的順序控制。

整個自動吊運系統有4個冶金葫蘆（按工藝要求可做調整）組成，其中兩用兩備。環軌冶金葫蘆自動吊運系統結構如圖1所示。

整個吊運系統由3個要素構成，一是由PLC實現對滑線供電系統的控制，通過PLC控制滑觸線通斷電來完成冶金葫蘆自動運行功能；二是由變頻器實現對冶金葫蘆運行的控制；三是遙控器自動轉換的控制。

在熔煉上料區、澆注a區、澆注b區各有一臺遙控發射器可以控制本區域內冶金葫蘆的運行。其中，遙控功能包括冶金葫蘆變頻前進和后退；雙速升降；轉運包正反方向翻轉；當起升達到最高點時放行冶金葫蘆自動運行及稱重清零。另外冶金葫蘆配有稱重系統，并裝有稱重顯示器，冶金葫蘆運行到指定地點自動清零，如果自動清零失敗則可以使用遙控器手動清零。

熔煉上料區使用遙控器A手動控制冶金葫蘆到指定的電爐前向轉運包內倒入鐵水，完成裝料后升到最高位置,啟動自動運行按鈕，冶金葫蘆自動運行到自動停車位1停車。在此位置遙控接收器A自動轉換到B。反方向行使時遙控接受器自動由B轉換為A。同時在自動待車位2無車的情況下，在自動待車位21的小車自動運行通過稱重清零位到自動待車位2的位置。自動運行的功能由PLC控制滑觸線通斷電來完成。

4　環軌冶金葫蘆自動吊運系統的硬件實現

電機選用的功率為7.5/1.875kW，防護等級為H/IP54。冶金葫蘆工作級別A6。可編程序控制器選用S7-200，型號為ES7216-2BD23-0XB0。變頻器型號為ACS-401006-3-X。除此之外，該系統還有斷路器、接觸器等低壓電器及十字開關、接近開關、光電開關等電氣元件組成。

如圖2所示，根據工藝要求，將滑線分為7段，分別命名為：1號段滑線、2號段滑線、3號段滑線、4號段滑線、5號段滑線、6號段滑線、7號段滑線。在每段滑線的進出裝有光電開關或行程開關等檢測裝置，以檢測冶金葫蘆運行的具體位置，通過PLC控制相應滑線電源的通斷。

圖2　基于PLC的滑觸線分斷控制圖

5　環軌冶金葫蘆自動吊運系統的軟件實現

如圖3所示，按工藝要求，分配PLC的輸入端，PLC的輸出點為Q00、Q01、Q02、Q03、Q04，輸出信號分別控制交流接觸器Ka1、Ka2、Ka3、Ka4、Ka5。由Ka1常開觸點控制滑線供電總接觸器KM0，控制整個環軌滑線電源的通斷；Ka2常閉觸點控制KM11，實現4號段斷電；Ka3常閉觸點控制KM10，實現2號段斷電；Ka4常閉觸點控制KM8，實現5號段斷電；Ka5常開觸點控制KM9，實現6號段供電。

為了實現冶金葫蘆的自動環軌運行，總體的設計施工過程是：按照環軌冶金葫蘆自動吊運系統的工藝流程，了解機電之間的配合，確定被控對象對PLC系統的要求，確定I/O設備，選擇PLC，分配PLC的I/O地址。PLC具有多種可以應用的模塊，按照需要的功能來選擇模塊，每種模塊具有可連接的點，為需要的點賦地址，編程時候把所賦地址進行調用。繪制PLC外部I/O接線圖。

進行PLC程序設計：繪制功能圖，設計梯形圖程序，編寫指令表程序，對程序進行調式和修改，直到滿足控制要求為止。然后設計控制柜及操作面板電氣布置圖及安裝接線圖，控制系統各部分的電氣互連圖，根據圖樣進行現場連線，并檢查。進行現場調試，先帶上輸出設備，不帶負載進行調試，各部分都正常后，再帶上實際負載運行。調試完畢后，將固化到EPROM，以防程序丟失。最后整理技術文件，包括使用說明書、電氣圖紙、程序文件等。

圖3　滑線PLC控制電氣原理圖

6　總結

環軌冶金葫蘆自動吊運系統于2012年2月1日申請國家實用新型專利，并于2012年9月19號獲得國家專利授權，同時環軌冶金葫蘆自動吊運系統的技術已于2012年被大連某公司采用。該系統在節能的基礎上，能有效提高企業的生產效率，降低企業特種設備的事故率。經實踐證明：環軌冶金葫蘆自動吊運系統具有良好的實用價值和廣闊的應用前景。

參考文獻：

［1］李向東等.淺談起重機節能研究［J］.起重運輸機械，2013，08：64－65.

［2］程曉燕.起重機節能減排的探討和實踐［J］.機械工程師，2014，06：281－282.

［3］杜素清等.吊運環軌式拋丸生產線［J］.計算機光盤軟件與應用，2013，07：64－65.

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1005—7277（2015）06—0040—03

作者簡介：

臧小惠（1980－），男，江蘇常州人，高級工程師，碩士研究生?，F在大連市特種設備檢測研究院從事機電類特種設備的檢驗與研究工作。

吳丹（1981－），女，遼寧大連人，碩士研究生?，F在大連電子學校從事電力電子技術的教學與研究工作。

收稿日期：2015－04－30

Research and design of the metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail

ZANG Xiao－hui1，WU Dan2

（1.Dalian Special Equipment Inspection Institute，Dalian 116021，China；
2.Dalian Electronic School，Dalian 116023，China）

Abstract：The traditional crane is manually control－oriented with low operational efficiency，poor stability and low security.It easily leads to accidents and other problems.Combined with the actual inspection work，The metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail is researched and designed.The system is controlled by PLC to effectively improve the automation degree of the system.In the meanwhile，on the basis of the energy saving，the working efficiency，the security and the stability of the system are effectively improved，and the accident rate of the special equipment is greatly reduced.

Key words：ring rail；metallurgical hoist；lifting system