一、 系统概述：
铁牛是钢铁烧结厂"C"型翻车机卸车线的重要设备，承担将机车牵引来的火车皮（重车）送到翻车机内，由翻车机将物料卸掉的重要任务。其工艺过程如下：（1）、接车：铁牛由一台或多台电机驱动出槽，经过液压平台到运输部与重车相撞。（2）、牵车：铁牛由一台或多台电机驱动，将运输部重车拖至液压平台。（3）、摘钩：重车被牵至液压平台后，铁牛与重车摘钩，铁牛回槽。（4）、将最前面的一节车皮送至翻车机内，铁牛回槽后，启动液压平台油泵，抬起液压平台，重车由液压平台溜出，液压平台降落即完成一个循环周期。其生产工艺流程图如图1所示
二、铁牛改造前系统特点及运行情况：
铁牛改造前使用手动操作，通过两台132KW电机工频驱动实现出槽和牵引，机械部分采用减速箱传动，铁牛出槽时一台电机或两台电机正转，当铁牛快和重车相撞时，由操作工停止电机运转，铁牛靠自惯性与重车相撞，再由操作工启动电机反转，再牵引重车到液压平台，脱钩后回槽。电机启动时系统采用频敏变阻器降压启动，停车时系统使用机械抱闸实现快速制动。
该系统在运行过程中故障率高，维护量大，给正常的生产秩序带来阻碍。具体表现在：尽管使用了频敏变阻器，但启动冲击电流仍然很大，且电机频繁启动，严重影响电机的使用寿命；由于牵引车皮时负载惯性大，机械制动时经常不能一次准确停车定位，造成电机的频繁启停。同时由于电机仍在旋转时机械开始抱闸，刹车容易损坏。
两台电机的速度和力矩分配不均，使机械齿条和电机的使用寿命受到影响。系统运行过程全部手动，效率低。操作工的工作量大。
三、铁牛变频改造方案及特点：
图二
控制系统中加入S7-200或S7-300 PLC和ABB变频器来实现自动控制、实现电机的软启动和电气制动，原系统存在的问题得以解决，其原理框图见图2。自动控制系统选择单周期和循环控制两种方式。选择单周期时，系统自动循环一个周期便停止，如果要继续运行，则重新按启动按钮。选择循环控制时系统自动循环运行，按下停止按钮即时停止。另外再加入一套手动控制系统，不经过PLC，直接控制继电器，当PLC系统出现故障时，系统也能正常运行。
具体描述：由于系统采用自动控制，所以铁牛和重车的运行状态和位置需要识别，回槽限位开关（7XK）、铁牛的位置开关（8XK）、重车的到位置开关（9XK），限位开关的功能如下：
铁牛回槽限位开关（7XK）∶ 检测铁牛回槽是否超过极限
铁牛位置开关（8XK）∶ 检测铁牛是否在平台上
重车的位置开关（9XK）∶ 检测重车是否在液压平台上
注：液压缸上限位开关（4XK）和下限位开关（5XK）取现场的现有信号。 且原系统有超极限开关（3XK），回槽极限（2XK），出槽极限（1XK），当工作系统选择自动，通过检测元件检测系统的状态和动作及ＰＬＣ对变频器的状态进行检测，通过检测结果，PLC完成对系统的动作进行控制来实现电机的自动控制。
当自动系统启动，铁牛位于左限位位置，液压平台没有抬升（通过液压平台的下限位开关检测），铁牛由两台或多台电机带动右移，8XK有动作，当铁牛向右且8XK有输出，铁牛与重车相撞后，如果变频器力矩超过设定力矩，则变频器输出信号给PLC，两台电机同时制动，延时后，两台电机同时反转，带动重车到液压平台，当位置检测开关9XK有输出时，两台电机同时制动，延时3秒，铁牛自动向出槽方向运行2秒，铁牛与重车通过人工或自动脱钩，然后手动或自动让两台或多台电机带动铁牛回槽，回槽限位开关（7XK）有输出时，两台或多台电机同时制动并输出信号给PLC，液压电机手动启动，液压平台抬升，最前面的一节重车与其后面的重车自动脱钩并下滑，液压平台通过手动下降至最低处，一个循环结束。下一个周期可以开始。
手动系统由于不经过PLC，直接对继电器和变频器进行控制，只是增加两台变频器，与原系统基本相同；形成一套冗余系统，在PLC发生故障时也能运行。手动时可连续运行和点动运行。
系统使用ABB的两台变频器，采用主从传动，DTC（直接转矩控制方式）控制方式，主变频器与其从变频器之间采用光纤通讯，所有来自外部的数字、模拟输入只进入主变频器，主变频器接到外部指令后，其从变频器立即作出与主变频器一致的启动、运行、速度、力矩、电气制动等紧紧跟随。该系统的速度监视功能使电气制动到零速时快速实现机械制动，转矩监视功能不但保护了变频器，还为系统确定了铁牛撞上重车并拽稳重车后使铁牛自动牵引车皮往液压平台方向运行的信号。主从传动方式中的速度、力矩控制使系统实现了两台到多台电机的速度、力矩的平均分配，DTC控制使变频器实现了对电机的精确的力矩控制，电气制动加机械制动满足了系统的快停和准确定位要求。手动加自动控制系统确保了系统的高效连续可靠运行。
四、ABB变频器优越性能在系统中的体现∶
＊ ABB变频器可靠的性能和高精度的控制方式，特别是DTC的控制方式在系统中的应用，大提高了系统的可靠性和控制精度。
＊ ABB变频器的力矩控制方式在系统中的应用，使得铁牛与重车相撞时，利用变频器负载突然加大，转矩突然上升，当输出转矩大于设定转矩时，输出继电器动作，给出控制信号到PLC。从而控制系统准备下一步动作。在此过程中可免去传感器的检测，且动作可靠，运行稳定。
＊ ABB变频器主从宏在系统中得到充分应用。由于系统中用了两台电机，当铁牛出车时用一台电机拖动，拖重车时两台电机同时运行，两台电机是通过齿轮连接同时拖动，电机与电机之间是硬连接，故两台电机之间力矩分配要均匀，不能使其中一台电机处于重载状态，另一台电机处于轻载状态。ABB变频器的主从应用宏在此能很好地解决改造前两台电机同步性能差和负载分配不均的问题。且主从变频器之间通过光纤通讯，系统稳定性能好。
五、结论：
铁牛改造后，系统实现了自动控制，电机的软启和软停，电气制动加机械制动的快速制动和车皮的准确定位，提高了生产效率，减少了系统对熟练操作工的依赖，系统运行更加稳定，减少了设备的维护量。同时减少了铁牛与重车相撞的电流冲击。设备运行效率提高，节约电能，运行可靠性增加。
参考文献
[1] ABB ACS600标准传动变频器技术样本。
[2] ABB ACS600固件手册及固件手册补充说明主/从应用宏。
作者简介
宋凯飞：合肥工业大学自动化专业，现任职于深圳市库马克新技术股份有限公司，从事交流变频调速及PLC控制系统的开发工作
