第４－５期 第３２卷 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 ２０１１笠 １０ 月 加料机ＰＬＣ控制及大小车电气制动系统设计 杨善来 ，陈强２，张留生２ ｆ１．铜陵有色控股铜冠矿冶设备有限公司，安徽铜陵２４４０２１； ２．江西理工大学电气工程与自动化学院，江西赣州 ３４１０００ １ ［摘 要１介绍了将加料机原常规继电控制系统改造为ＰＬＣ控制的无触点系统，将原机械制动系统改造 为电气制动系统的设计实例 该设计可有效地提高系统的可靠性，减少日常维护工作量 ｆ关键词］地面加料机；ＰＬＣ控制：能耗制动 中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—４３４５（２０１１）０４—０１０５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ＰＬＣ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃａｒｔｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＹＡＮＧ Ｓｈａｎ—ｌａｉ ．ＣＨＥＮ Ｑｉａｎｇ２．ｚＨＡＮＧ Ｌｉｕ—ｓｈｅｎｇｚ （１．Ｔｏｎｇｇｕａｎ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆＴｏｎｇｌｉｎｇ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｏｎｇｌｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ ２４４０２１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｓｅ ｔｏ ｕｐｇｒａｄｅ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｅｌａｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｆｅｅｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｏ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｄａｉｌｙ ｍｍｎｔｅｎａｎｃｅ ｗｏｒｋｌｏａｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｇｒｏｕｎｄ ｆｅｅｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｂｒａｋｅ 地面加料机是铜精炼炉等适合地面加料的各种 冶炼炉的重要辅助设备之一．主要由液压系统、大车 点用ＰＬＣ软件实现，将有效地提高系统的可靠性，减 少设备故障，提高设备的自动化程度，减少日常维护 行走机构、小车行走机构、料杆回转摆动机构、平台、 回转机构、驾驶室等组成。大车行走机构在驱动装置 带动下，沿着地面轨道做直线运动；小车行走机构安 装在大车行走机构的轨道上。在驱动装置的带动下，沿 着大车轨道做直线运动；料杆回转摆动机构、驾驶室 分别安装在平台上，平台安装在小车机构回转支承上， 平台靠液压回转器带动做回转运动 料杆在回转马 达带动下做回转运动。在油缸的推动下做上下摆动。 加料机回转平台和送、推料机构均由液压驱动，大、 工作量。另外’由于现场使用环境较为恶劣ｆ温度高１， 加上机械制动装置体积较大，停位准确性较低．且使 用频繁，磨损量大，维护工作量大，将原大小车采用的 机械制动方式改为以感应电机电气制动为主。机械制 动为辅的电气一机械联合制动方式，以缩短制动时 间，提高制动的可靠性和停位准确性［１］。 １ ＰＬＣ控制系统设计 １．１控制系统对ＰＬＣ的要求 小车由两台小型异步电动机驱动。电控系统控制油泵， 大、小车驱动电机，油冷却机等的启停和正反转等。其 工作可靠性对整个冶炼工序有着极为重要的影响。 原系统中通断最为频繁的主要是大小车电机正 反转控制以及新增加的大小车制动继电器的触点。 而系统中那些并非频繁通断的触点则不必用ＰＬＣ软 件取代。这样可以节省ＰＬＣ的Ｉ／０点数。降低成本。系 统对ＰＬＣ的直流数字输入点数要求为６点；交流数 原电控系统采用常规继电器控制，其主要问题是可靠 性较差，维护工作量较大。将原继电器控制系统改为 ＰＬＣ控制系统．即将有触点系统中那些频繁通断的触 收稿日期：２０１１－０７—２０ 作者简介：杨善来（１９６４—），男，高级工程师，主要从事机械加工技术开发工作。 ・１０６・ 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第３２卷 字输出点数要求为７点圆。 １．２ ＰＬＣ选型及ｌ／ｏ分配 可供选用的ＰＬＣ品牌主要有西门子、欧姆龙、 三菱等。西门子ＰＬＣ在国内市场上占有率较高．其产 品性价比较高，扩展容易，故选用西门子￥７－２００型ＰＬＣ， ＣＰＵ２２２，不须扩展模块。ＣＰＵ２２２有８个数字量输入 接口ｆ１０．０～１０。７）和６个数字量输出接口ｆＱＯ．０～ＱＯ．５）。 配套编程软件为ＳＴＥＰ７～Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ３２。系统中需要用 ＰＬＣ软件实现的触点及端口分配ｌ３Ｊ如下表１所示。 表１ ＰＬＣ触点及端口分配 开关量输入 端口 开关量输出 端口 小车前行主令信号ＳＡ２—１ １０．０ 小车前行接触器 ＫＭ２ ＱＯ．０ 小车后行主令信号ＳＡ２—２ １０．１ 小车后行接触器 ＫＭ３ ＱＯ．１ 大车左行主令信号ＳＡ３—１ １０．２大车左行接触器接触器ＫＭ４ ＱＯ．２ 大车右行主令信号ＳＡ３—２ １０．３大车右行接触器接触器ＫＭ５ ＱＯ．３ 大车制动 ＺＡ２ １０．４ 小车制动接触器 ＫＭ６ ＱＯ．４ 小车制动 ＺＡ１ １０．５ 大车制动接触器 ＫＭ７ ＱＯ．５ ＰＬＣ Ｉ／Ｏ接线图见图１。 串Ｉ Ｌ 。 ＱＯ．０ Ｑ０．１ Ｑ０．２ Ｑ０．３ Ｑ０．囝４ 叵Ｑ０． ５ ＩＭ １０．Ｏ １０．１ ＩＯ．２ Ｉ Ｏ＿３ １ ０．４ Ｉ Ｏ．５ Ｌ ２４Ｖ ．ｔ Ａ２一 Ａ２一 Ａ３一｛｛ Ａ３—－ ＺＡ１ ｌＺ Ａ： 图１ ＰＬＣ Ｉ，ｏ接线 ２大小车电气制动系统设计 ２．１制动方案选择 地面加料机大车和小车均采用两台三相笼形异 步电动机拖动。采用双电机并联运行方式。原系统用 机械制动，由于现场温度高，机械制动装置体积较大， 致使停位准确性较低，且使用频繁，磨损量大，维护工 作量大，故改为以感应电机电气制动为主，机械制动 为辅的电气一机械联合制动系统，以缩短制动时间。 提高系统可靠性和停位准确性。 感应电机常用的制动方式有反接制动和能耗制 动。反接制动的转矩大且制动迅速，但其制动电流大 （为额定电流的３～５倍），能量损耗大，系统发热严重， 仅适用于三相绕线式电动机，在此不适用。能耗制动 就是在电机断电瞬时，在电机定子的二相绕组中通入 一直流电流，在电机气隙中产生静止磁场，电机转子 因惯性作用仍按原来方向旋转，转子绕组切割静止 磁场产生感应电动势及转子电流，从而在转子上产生 一个制动转矩。这一转矩的特点是转子转速越高，则 制动转矩越大，转子转速下降为零时，制动转矩也同 时下降为零，因此能使生产机械实现准确停车。这一 制动方式既适用于绕线式异步电机也适用于笼形异 步电机。本系统最适合的电气制动方式是能耗制动【４Ｊ。 ２．２能耗制动线路设计 可供采用的能耗制动电流方案有带整流变压器 的单相桥式整流器和无整流变压器的单管半波整流 器两种。前者系统可靠性高、制动转矩较大。单管负 荷较轻，适用于较大功率的三相异步电动机要求平稳 制动和起动频繁的场合。后者电路简单，单管工作负 荷较大，但电机直流电阻较小时，需要在制动回路中 串接限流电阻．从而增加能耗和配电柜内温度。考虑 到设备的高温工作环境，选用可靠性较高，单管工作 负荷较轻。能耗较小的单相桥式整流方案较为合理。 大小车能耗制动电气原理图见图２。 ．ＪＱＦ ＂；＇＂ ＂ＩＳＡ ２￣ＯＺＡ ＭｔＪ￣Ｍ ＫＭ Ｍ２（ＫＭ３（ＫＭ￣ＳＪ 咀＾———ｌ—２—— ——————一 ０Ｆ１／６０Ａ ｌ 图２大小车能耗制动电气原理 以小车电气制动系统为例。其工作原理如下：两 台３８０ Ｖ．０．８ ｋＷ电机采用并联运行方式。通过ＫＭ２、 ＫＭ３交流接触器供电，由主令控制器ＳＡ２控制其正 反转。停车时，ＳＡ２置于停车位，ＫＭ２和ＫＭ３均失电， 电机主电路断电。这时按下制动按钮ＺＡ（可采用脚 踏式制动按钮１，ＫＭ６和时间继电器ＳＪ均得电：ＫＭ６ 的常开触点实现ＫＭ６和ＳＪ的得电自保。ＫＭ６得电 后，通过整流变压器Ｔ２和单相整流桥Ｂ１向电动机 Ａ、ｃ相绕组中通人一直流制动电流．电机获得制动转 矩，制动转矩随转速下降而下降直至停车。时间继电 器在预定的延时时间到达后，延时释放常闭触点断 第４—５期 加料机ＰＬＣ控制及大小车电气制动系统设计 ・１０７・ 开。使ＫＭ６断电，ＫＭ６的常开分断又使ｓＪ失电，制动 完成。时间继电器的延时时间应不小于实际调试中 测得的系统停车时间圈。 ２．３元件选择 加料机大小车采用两台同型号和功率的笼型三 相异步电动机拖动，采用双电机并联运行。电机参数 如下：型号ＺＤＹＺ１—４；功率０．８ ｋＷ；额定电压３８０ Ｖ； 额定电流２．１ Ａ（估计值）；接法为Ｙ；电机出线端冷态 电阻ｆ经验估计值１Ｒ＝１０ Ｑ。 １１整流变压器容量及电压选择 能耗制动时需要的制动直流电流Ｉ 可根据制动 负载和制动时间确定，一般取Ｉ。为电动机空载电流，取 ｔｏ＝Ｏ．３，Ｎ＝０．３ｘ２．１＝０．６３ Ａ Ｋ＝３．５－４ 取 ＝４，则双机运行时， Ｉｚ＝２ＫＩｏ＝２ｘ４￣Ｏ．６３＝５．０４ Ａ 整流器直流输出电压为 ： ・． 孚：５．０４× ：２５．２ Ｖ 变压器二次输出电压 ＝罟＝２８ Ｖ 变压器二次输出电流 缶＝ ＝５．６ Ａ 变压器计算容量 Ｓ￣ＵＪ２＝２８ｘ５．６＝１５７ ＶＡ 由于制动电路仅在制动时使用，实际选用容量 可小于计算容量，但考虑到现场使用环境温度较高，且 制动使用较为频繁，故选 Ｓ＝０．７５ ＝１ １７．８ ＶＡ ２１整流元件选择 每只整流元件流过的电流 ， ＝０．５ Ｌ＝２．５２ Ａ 实际按２．５倍选择 ２．５ｘ２．５２＝６．３５ Ａ 每只整流元件受到的最大反向电压 Ｕ ＝、ｖ／ Ｕ２＝３９．６ Ｖ 实际扩大１．５－２．５倍选择 ＤＲＭ ２．５ｘ３９．６＝１０１ Ｖ 选用１只ＢＫ一２００型小型控制变压器，额定电压 为３８０／３６ ｖ 容量２００ ＶＡ。 整流二极管选用２ＣＺ５８Ｄ，其额定电流为ｌＯ Ａ， 反峰电压２００ Ｖ。 ２．４能耗制动实验测试 为验证能耗制动电路的有效陛．使用２台０．２５ ｋＷ 的小型三相感应电动机进行了单机和双机运行的能 耗制动实验，结果如下： １１单机实验 使用单管半波整流电路，电机于空载运行状态 开始制动，测得直流侧制动电流为１．０ Ａ，交流制动电 流为１．２ Ａ，制动时间＜０．８ ｓ。制动效果良好。 ２１双机实验 两台同型号电机并联空载运行，仍使用单管半 波整流电路。测得直流侧制动电流为２．３ Ａ．交流侧为 ２．６ Ａ。制动时间均＜０．８ ｓ。实验结果表明．笼型感应电 机在能耗制动电流取约１．５倍电机额定电流ｆ约为空 载电流的４～４．５倍１时，单双机运行均可获得良好的 制动效果。 ３ 结论 将加料机原常规继电控制系统改造为无触点的 ＰＬＣ控制系统，可有效地提高系统的可靠性，减少日 常维护工作量。原机械制动改进为电气制动后．可提 高制动可靠性及停位准确性，减少制动系统日常维 护工作量。 参考文献 【１】王永华．现代电气控制及ＰＬＣ应用技术【Ｍ］．北京：北京航空航天大 学出版社．２００８． ［２】殷洪义．可编程控制器选择设计与维护【Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００１． ［３］廖常处．ＰＬＣ编程及应用［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２． ［４】陈超山，杨达飞．一种简单实用的新型能耗制动电路『Ｊ１＿机床电器， ２００７（４）：６１－６２． ［５］李琴兰．笼型电动机能耗制动控制线路的分析与改进【Ｊ１．天水师范 学院学报．２００６（５）：５７—５８．
