PLC在臥式吊具改造中的應用

李川

（廣西南南鋁加工有限公司 廣西壯族自治區南寧市 530000）

1 引言

某企業主要做鋁深加工，對產品質量與效率要求很高。該公司對生產過程中的每一個環節都十分重視。熱軋中厚板車間，主要生產工序是加熱鋁錠，軋制鋁錠。加熱加熱爐的吊具是主要的輔助設備，臥式吊具是夾鋁錠的主要工具。把需要生產的鋁錠利用臥式吊具夾住，吊入加熱爐加熱。臥式吊具是傳統的繼電器控制電路，操作遙控用電纜往下引出，生產工人操作天車稍微不小心就會把遙控器線扯斷，直接影響生產和經濟效益，因而迫切需要在原有的基礎上進行改造，讓操作工人減少誤操作、減少維修時間，保證正常生產，取得更高的經濟效益。以下闡述改造思路。

2 臥式吊具簡介

2.1 設備簡介

臥式吊具是生產的重要工具，生產工人使用它來夾鋁錠，裝入加熱爐子加熱，它左右兩邊有夾鉗，每一側的夾鉗由電動機帶動，控制電動機的正反轉，從而實現夾鉗的打開與夾緊。臥式吊具實物如圖1 所示。

技術說明：本吊具額載31T，適用于鋁錠寬度1240-2650，設計開口度1150-2850，傳動系統為電機通過鏈輪鏈條帶動絲桿螺母運動，實現夾鉗的開合。夾緊電機的扭矩給鉗腿一個初始緊力，當夾緊時鉗腳與鋁錠產生摩擦力使鉗腳下滑，鋁錠夾緊。

2.2 流程控制要求

設備功能如下，按下遙控器按鈕SB1，電動機1 反轉，左側夾鉗松開，直到極限位，碰到限位開關SQ1 電動機1 停止。按下SB3，電動機2 反轉右側夾鉗松開，直極限位碰到及限位開關SQ3電動機2 停止。按下SB2 電動機1 正轉，左側夾鉗夾緊，夾鉗與鋁錠接觸的地方裝有限位開關，當SQ2 斷開時，證明鋁錠已經夾緊，電動機停止正轉。按下SB4 電動機2 反轉，右側夾鉗夾緊，當SQ4斷開時，鋁錠已經夾緊，電動機2 停止正轉。按下SB5，電動機1、電動機2、同時反轉，兩側同時打開，按下SB6 電動機1、電動2、同時正轉，兩側同時夾緊。在操作的過程中，如果發現緊急情況，按下SB7 急停按鈕，所有電動停止。電氣原理圖如圖2 所示。

3 改造方案

3.1 改造目標與總體方案

通過對臥式吊具的改造，在盡可能利用現有設備的基礎上，添加必要的智能化設備，并且能安全可靠的運行，使維護更加方便，以降低改造成本，提高運行效益為目標。原臥吊是使用轉統電力拖動作為控制，現將其更換使用可編程邏輯控制器(PLC)控制，原臥吊操作遙控是使用有線遙控進行操作，為了減少事故發生將更換為無線遙控器，并在原有的基礎上增加電動機的過載、短路保護。在其原有的基礎上增加自動夾緊，自動松開功能。

3.2 設備選型

根據本次改造要求，對兩臺夾緊5.5KW 夾緊電機做控制，在原有的電路基礎上增加可編程邏輯控制器、熱繼電器、熔斷器與無線發射器、接收器。

圖1：臥式吊具實物

3.2.1 熱繼電器

電器的首要功能是短路保護，過載保護，確保設備的正常啟停，可以在電機出現長時間超過負載的情況下自動斷開電路，這中元件可以保護三相異步電動機在電路中過載的情況。一般情況下，兩相結構的熱繼電器就能滿足要求，但在三相電壓的均衡性較差，工作環境惡劣或電動機無人看管的情況下，三相結構的熱繼電器就更符合要求。所選用的熱繼電器的額定電流應大于電動機額定電流，應根據滿足這一條件的額定電流來選擇對應熱繼電器的型號。熱元件的額定電流應略大于電動機額定電流。如果電動機的啟動電流為其額定電流的6 倍或啟動時間不超過5S，就應該把熱元件的整定電流調節到等于電動機的額定電流；而當電動機的啟動時間較長、拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流則要調節到電動機額定電流的1.1-1.15 倍。根據設計的要求，這里選擇1.15 倍。

表1：JR20 系列熱繼電器參數

表2

圖2：電氣原理圖

電動機1：IFR1 =11×1.15A=12.65A

電動機2：IFR1 =11×1.15A=12.65A

圖3：無線接收器與遙控器

圖4：改造后的吊具電路

確定整定電流之后根據表1 選擇JR20-25 型號熱繼電器。

3.2.2 熔斷器

由于各種電器設備都具有一定的過載能力，允許在一定條件下較長時間運行；而當負載超過允許值時，就要求保護熔體在一定時間內熔斷，還有一些設備啟動電流很大，但啟動時間很短，所以要求這些設備保護性要適應設備運行的需要，要求熔斷器在電動機啟動時不熔斷，在短路電流的作用下，超過允許符合電流時，能可靠熔斷。單臺電動機直接啟動應該選擇電動的額定電流1.5-2.5 倍。根據設計的要求。這里選擇2.5 倍。

圖5：改造后的開關程序

圖6：加緊提示原理圖

電機1：FU= 11×2.5A=27.5A

電機2：FU= 11×2.5A=27.5A

確定熔斷器電流，選擇正泰RT28N-32 三相快速式熔斷器。

3.2.3 可編程邏輯控制器

PLC 是以不斷循環掃描的方式進行工作的，只要PLC 進入RUN 模式，PLC 就會不斷循環的掃描和執行，PLC 在每一次循環中都是采集所有的數字和模擬量輸入信號。它的運行過程共分為三個基本階段：PLC 輸入掃描階段，采集信號送到CPU 的過程；PLC 用戶程序執行階段，CPU 根據用戶定好的規律，對采集到的信號進行判斷和運算，知道該怎么樣反應；PLC 的輸出刷新階段，在程序執行階段已經根據控制規律得到該怎么樣輸出的結論，通過輸出映像寄存器輸出到外圍的輸出執行機構，實現用戶要求的動作

據本人了解，西門子公司和三菱公司生產的PLC 是最具有競爭力的，所以在此次改造中選用三菱公司的FX2N-32MR 型PLC，控制規模為32 個點，繼電器方式的16 個輸入和16 個輸出。

3.2.4 無線器件

為了滿足設計需要，選擇臺灣禹鼎無線發射、接收器作為PLC控制電路的輸入。F21-E1 接收器工作電源為交流36V，220V，380V 可選擇或直流12V，24V，擁有8 個5A 密封式繼電器輸出，F21-E1B 遙控器有8 個按鈕，分別對應接收器8 個輸出。它通過無線發射器F21-EB 發射無線信號給接收器F21-E1，實現8 個繼電器通斷。硬件如圖3 所示。

4 工程實施

4.1 硬件操作

根據工藝的需求繪制出主電路、和控制電路。改造后的吊具電路如圖4 所示。

4.2 軟件操作

根據原理圖確定輸入、輸出口元件地址的分配表。FX2n-32RM I/O 元件地址分配表如表2 所示。

4.3 自動打開、關閉功能

在實際的操作過程當中，操作人員須要用兩個手來操作，同時夾緊注定，有些時候比較麻煩，為了滿足現場需要，本次改造增加了自動打開，兩臺電機同時工作，實現左右夾鉗同步打開，自動夾緊功能。程序如圖5 所示。

4.4 加緊提示功能

為了讓操作人員更加方便的操作設備，本次改造還增加了夾緊提示功能，當夾鉗夾緊鋁錠時，PLC 會發出一個信號，讓指示燈得電工作。程序如圖6 所示。

當X12、X13 閉合時，Y5 得電輸出，指示燈點亮，實現夾緊鋁錠提示功能。

4.5 功能調試

對照控制電路圖紙，先從控制電路開始檢查，檢查每個元件的接線是否與圖紙相同。PLC 的輸出是否連接好每個接觸器的線圈，輸出是否連接好每個開關、按鈕。由于PLC 輸入輸出比較多，所以在運行之前，需要在次檢查接線端與導線是否有良好接觸在一起。檢查2 臺電動機是否完好，測量主電路、控制電路有無短路以及接地故障，如有故障排除在通電，先接接通QF1 供電斷路器，然后在接通控制電路電源，合上QF4,無線接收器通電，PLC 得電工作，模擬運行各種工況，檢查PLC 的各輸入輸出是否正常，檢查各接觸器、繼電器動作是否正常，4 個行程開關是否正常，發現問題及時解決。在確定控制電路滿足要求以后，合上主電路電源QF2、QF3.檢查電動機的轉向是否正確，如有問題逐一解決。都正常后將吊具夾鋁錠測試，經過幾次測試確認無誤之后，指導操作人員掌握具體的操作過程和應急處理的辦法，并在監測一段時間，確保設備達到控制要求正常運行以后，即能投入使用。

5 總結

本次臥式吊具改造經過一段時間的試用，系統運行穩定，動作可靠，能實現無線遙控的控制，在原來的基礎上增加了自動控制、電動機的保護。硬件設計方面，根據電動機的控制要求，對熱繼電器、熔斷器仔細慎重的選型，主在完成保護電氣選型的基礎之上，根據臥式吊具的工作原理、自動控制程序控制要求，選擇了三菱PLC控制系統為系統的硬件設備。在軟件設計方面，本系統的軟件設計是以三菱的GX-Develop 為程序開發系統，集成了主程序、自動控制程序、構成了整個軟件控制系統，此次改造大大的減少了設備故障率，這足以體現了現代化只能控制設備在生產生活中的優越性能。這次技術改造不僅降低了操作人員操作難度，還節省了操作時間，提高了企業的經濟效益。