PLC在卧式吊具改造中的应用

李川

（广西南南铝加工有限公司 广西壮族自治区南宁市 530000）

1 引言

某企业主要做铝深加工，对产品质量与效率要求很高。该公司对生产过程中的每一个环节都十分重视。热轧中厚板车间，主要生产工序是加热铝锭，轧制铝锭。加热加热炉的吊具是主要的辅助设备，卧式吊具是夹铝锭的主要工具。把需要生产的铝锭利用卧式吊具夹住，吊入加热炉加热。卧式吊具是传统的继电器控制电路，操作遥控用电缆往下引出，生产工人操作天车稍微不小心就会把遥控器线扯断，直接影响生产和经济效益，因而迫切需要在原有的基础上进行改造，让操作工人减少误操作、减少维修时间，保证正常生产，取得更高的经济效益。以下阐述改造思路。

2 卧式吊具简介

2.1 设备简介

卧式吊具是生产的重要工具，生产工人使用它来夹铝锭，装入加热炉子加热，它左右两边有夹钳，每一侧的夹钳由电动机带动，控制电动机的正反转，从而实现夹钳的打开与夹紧。卧式吊具实物如图1 所示。

技术说明：本吊具额载31T，适用于铝锭宽度1240-2650，设计开口度1150-2850，传动系统为电机通过链轮链条带动丝杆螺母运动，实现夹钳的开合。夹紧电机的扭矩给钳腿一个初始紧力，当夹紧时钳脚与铝锭产生摩擦力使钳脚下滑，铝锭夹紧。

2.2 流程控制要求

设备功能如下，按下遥控器按钮SB1，电动机1 反转，左侧夹钳松开，直到极限位，碰到限位开关SQ1 电动机1 停止。按下SB3，电动机2 反转右侧夹钳松开，直极限位碰到及限位开关SQ3电动机2 停止。按下SB2 电动机1 正转，左侧夹钳夹紧，夹钳与铝锭接触的地方装有限位开关，当SQ2 断开时，证明铝锭已经夹紧，电动机停止正转。按下SB4 电动机2 反转，右侧夹钳夹紧，当SQ4断开时，铝锭已经夹紧，电动机2 停止正转。按下SB5，电动机1、电动机2、同时反转，两侧同时打开，按下SB6 电动机1、电动2、同时正转，两侧同时夹紧。在操作的过程中，如果发现紧急情况，按下SB7 急停按钮，所有电动停止。电气原理图如图2 所示。

3 改造方案

3.1 改造目标与总体方案

通过对卧式吊具的改造，在尽可能利用现有设备的基础上，添加必要的智能化设备，并且能安全可靠的运行，使维护更加方便，以降低改造成本，提高运行效益为目标。原卧吊是使用转统电力拖动作为控制，现将其更换使用可编程逻辑控制器(PLC)控制，原卧吊操作遥控是使用有线遥控进行操作，为了减少事故发生将更换为无线遥控器，并在原有的基础上增加电动机的过载、短路保护。在其原有的基础上增加自动夹紧，自动松开功能。

3.2 设备选型

根据本次改造要求，对两台夹紧5.5KW 夹紧电机做控制，在原有的电路基础上增加可编程逻辑控制器、热继电器、熔断器与无线发射器、接收器。

图1：卧式吊具实物

3.2.1 热继电器

电器的首要功能是短路保护，过载保护，确保设备的正常启停，可以在电机出现长时间超过负载的情况下自动断开电路，这中元件可以保护三相异步电动机在电路中过载的情况。一般情况下，两相结构的热继电器就能满足要求，但在三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或电动机无人看管的情况下，三相结构的热继电器就更符合要求。所选用的热继电器的额定电流应大于电动机额定电流，应根据满足这一条件的额定电流来选择对应热继电器的型号。热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。如果电动机的启动电流为其额定电流的6 倍或启动时间不超过5S，就应该把热元件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；而当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流则要调节到电动机额定电流的1.1-1.15 倍。根据设计的要求，这里选择1.15 倍。

表1：JR20 系列热继电器参数

表2

图2：电气原理图

电动机1：IFR1 =11×1.15A=12.65A

电动机2：IFR1 =11×1.15A=12.65A

图3：无线接收器与遥控器

图4：改造后的吊具电路

确定整定电流之后根据表1 选择JR20-25 型号热继电器。

3.2.2 熔断器

由于各种电器设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断，还有一些设备启动电流很大，但启动时间很短，所以要求这些设备保护性要适应设备运行的需要，要求熔断器在电动机启动时不熔断，在短路电流的作用下，超过允许符合电流时，能可靠熔断。单台电动机直接启动应该选择电动的额定电流1.5-2.5 倍。根据设计的要求。这里选择2.5 倍。

图5：改造后的开关程序

图6：加紧提示原理图

电机1：FU= 11×2.5A=27.5A

电机2：FU= 11×2.5A=27.5A

确定熔断器电流，选择正泰RT28N-32 三相快速式熔断器。

3.2.3 可编程逻辑控制器

PLC 是以不断循环扫描的方式进行工作的，只要PLC 进入RUN 模式，PLC 就会不断循环的扫描和执行，PLC 在每一次循环中都是采集所有的数字和模拟量输入信号。它的运行过程共分为三个基本阶段：PLC 输入扫描阶段，采集信号送到CPU 的过程；PLC 用户程序执行阶段，CPU 根据用户定好的规律，对采集到的信号进行判断和运算，知道该怎么样反应；PLC 的输出刷新阶段，在程序执行阶段已经根据控制规律得到该怎么样输出的结论，通过输出映像寄存器输出到外围的输出执行机构，实现用户要求的动作

据本人了解，西门子公司和三菱公司生产的PLC 是最具有竞争力的，所以在此次改造中选用三菱公司的FX2N-32MR 型PLC，控制规模为32 个点，继电器方式的16 个输入和16 个输出。

3.2.4 无线器件

为了满足设计需要，选择台湾禹鼎无线发射、接收器作为PLC控制电路的输入。F21-E1 接收器工作电源为交流36V，220V，380V 可选择或直流12V，24V，拥有8 个5A 密封式继电器输出，F21-E1B 遥控器有8 个按钮，分别对应接收器8 个输出。它通过无线发射器F21-EB 发射无线信号给接收器F21-E1，实现8 个继电器通断。硬件如图3 所示。

4 工程实施

4.1 硬件操作

根据工艺的需求绘制出主电路、和控制电路。改造后的吊具电路如图4 所示。

4.2 软件操作

根据原理图确定输入、输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 自动打开、关闭功能

在实际的操作过程当中，操作人员须要用两个手来操作，同时夹紧注定，有些时候比较麻烦，为了满足现场需要，本次改造增加了自动打开，两台电机同时工作，实现左右夹钳同步打开，自动夹紧功能。程序如图5 所示。

4.4 加紧提示功能

为了让操作人员更加方便的操作设备，本次改造还增加了夹紧提示功能，当夹钳夹紧铝锭时，PLC 会发出一个信号，让指示灯得电工作。程序如图6 所示。

当X12、X13 闭合时，Y5 得电输出，指示灯点亮，实现夹紧铝锭提示功能。

4.5 功能调试

对照控制电路图纸，先从控制电路开始检查，检查每个元件的接线是否与图纸相同。PLC 的输出是否连接好每个接触器的线圈，输出是否连接好每个开关、按钮。由于PLC 输入输出比较多，所以在运行之前，需要在次检查接线端与导线是否有良好接触在一起。检查2 台电动机是否完好，测量主电路、控制电路有无短路以及接地故障，如有故障排除在通电，先接接通QF1 供电断路器，然后在接通控制电路电源，合上QF4,无线接收器通电，PLC 得电工作，模拟运行各种工况，检查PLC 的各输入输出是否正常，检查各接触器、继电器动作是否正常，4 个行程开关是否正常，发现问题及时解决。在确定控制电路满足要求以后，合上主电路电源QF2、QF3.检查电动机的转向是否正确，如有问题逐一解决。都正常后将吊具夹铝锭测试，经过几次测试确认无误之后，指导操作人员掌握具体的操作过程和应急处理的办法，并在监测一段时间，确保设备达到控制要求正常运行以后，即能投入使用。

5 总结

本次卧式吊具改造经过一段时间的试用，系统运行稳定，动作可靠，能实现无线遥控的控制，在原来的基础上增加了自动控制、电动机的保护。硬件设计方面，根据电动机的控制要求，对热继电器、熔断器仔细慎重的选型，主在完成保护电气选型的基础之上，根据卧式吊具的工作原理、自动控制程序控制要求，选择了三菱PLC控制系统为系统的硬件设备。在软件设计方面，本系统的软件设计是以三菱的GX-Develop 为程序开发系统，集成了主程序、自动控制程序、构成了整个软件控制系统，此次改造大大的减少了设备故障率，这足以体现了现代化只能控制设备在生产生活中的优越性能。这次技术改造不仅降低了操作人员操作难度，还节省了操作时间，提高了企业的经济效益。