自动控制煤气柜卷扬提升系统电气控制方案选择

□ ［1］沈琪　中国三冶集团有限公司结构制造安装工程公司

□ ［2］谭　义　中国三冶集团有限公司电气安装工程公司

自动控制煤气柜卷扬提升系统电气控制方案选择

□ ［1］沈琪中国三冶集团有限公司结构制造安装工程公司

□ ［2］谭义中国三冶集团有限公司电气安装工程公司

随着环保、节能的理念深入，高炉煤气的回收再利用的工程越来越得到普及。我公司在煤气柜制造和安装领域已占据国内三分之一市场，在全国北起大庆、南到韶关的广袤大地上，共施工各种煤气柜135台，每年平均建柜10台，装柜总容积1074万立方米。他们建的最大煤气柜有30万立方米，当属国内最大。在煤气柜安装过程中柜顶提升是制约煤气柜安装质量和进度的关键工序。煤气柜顶的提升要依靠卷扬系统实现，卷扬系统中卷扬机的同步工作很重要；以往卷扬系统的操作要靠一个主指挥加多个副指挥协同工作，同步中人的因素占很大比例，使得系统操作的稳定性的不确定因素增高。采用这种方式进行提升一般需要3天的时间才能将煤气柜柜顶由柜底提升到指定位置进行固定焊接，我公司决定开发设计一套自动控制煤气柜卷扬提升系统，在保证质量的前提下节约煤气柜柜顶提升的人工成本及缩短煤气柜提升时间。

PLC控制系统；同步；可靠性；通用性

自动控制煤气柜卷扬提升系统主要是为我公司煤气柜罐体提升施工而研究的专用设备。自动控制煤气柜卷扬提升系统，由36台单筒卷扬机组成，每台卷扬机的起重能力为2.7吨，总起重能力为97.2吨，每台卷扬机的提升速度为每分钟一转，每分提升高度为（4-6）米，整个系统工作时间大约需5.8小时。该设备按功能划分主要由机械传动和电气控制两部分组成。机械传动采用成熟的两级齿轮减速方式，优点：安全、可靠转速稳定、制动装置采用电磁制动和手动棘轮制动方式两种。在施工中遇突发问题时，两种制动方式将发挥主要作用，确保卷扬机械设备安全平稳的停止。在电气控制系统要实现36台卷扬既可以同时上升、同时下降，又可以单台卷扬点动控制上升、下降用来对单台卷扬的位置进行微调；在实现上述功能的基础上还要有必要的限位保护功能和提升不平衡时自动停止的功能。鉴于科技的进步在自动控制方法上有了多种可选择方案，针对我公司的这套设备对机械传动系统的同步性、可靠性要求高及自动控制系统方便安装、拆除等方面的考虑，我公司对自动控制系统制定了传统交流接触器控制系统和可编程逻辑控制器（简称PLC）控制、单片机控制三套方案。下面对两套控制方案进行比较。

一、传统的交流接触器控制系统

传统的交流控制系统控制36台电机的正、反转至少要72件交流接触器、42件空气开关、36件热继电器及一套控制台；如果要实现点动和同步自动两种运行方式还要增加72件交流接触器和26件中间继电器。如采用次方案进行配置这些电气元件要安装两套配电柜（1.8米×1.5米）和一套控制台，而且配电线路复杂一旦控制系统出现故障查找困难不直观。此控制系统的保护系统只能靠安装在每根立柱双限位保护；热继电保护只能实现电台电机的保护，无法实现煤气柜柜顶提升时的失衡保护。

二、可编程逻辑控制器控制系统

可编程逻辑控制器（下面简称PLC）控制系统，PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统，而且编程简单易学。用PLC控制系统控制36台电机的正、反转也要72件交流接触器、42件空气开关、36件热继电器；还需要8组PLC输入模块，5组PLC输出模块，和9组（每组8个）PLC输出继电器模块及一套操作台即可。由于PLC体积小与之配套的输入、输出模块可以安装在操作台的背面，减少了配电柜的数量方便安装、拆卸及运输。由于控制器元件多为模块类元件，多为插拔式安装模式配电线路大大减少，更换更为方便。如果外部线路出现故障可以通过PLC输入、输出指示判断出故障线路，指示明确减少故障校正步骤缩短故障判断时间。在点动和自动同步两种运行方式只需要在程序上设备一个输入点；有输入信号时为自动同步运行方式，否则为点动运行方式。在控制系统的保护系统既能把安装在每根立柱双限位保护引入输入模块，一旦有信号就停止整个系统运行；又能将热继电器的信号引入输入模块通过程序设定PLC通过计数自动保护整个运行系统的目的，程序设定电动机热继电器保护动作累计四次，即整个电控系统自动断电保证了煤气柜柜顶提升时整体的平衡，一旦失衡立即停止，避免了因提升失衡引起的工序的返工。既实现了限位保护又实现了失衡保护。

三、单片机控制系统

单片机是单片微型计算机的简称。单片机控制功能强大，模块化程度高，控制功能强大，种类繁多，编程语言专业不易掌握。用PLC控制系统能实现的功能单片机控制系统都能实现且可以把PLC的输入、输出模块替换为体积和能耗更小的集成模块使之成为一块电路板并能通过程序转换成图像信号再显示器上显示运行状态及故障；不过由于单片机是电子集成产品对环境的温度、湿度、电源的干扰性能方面要求多。就实现本控制系统功能而言，在前期的选型和后期的编程方面要耗费更多的时间。

通过上述比较在本控制系统所能实现的功能方面PLC控制系统和单片机控制系统优于传统接触器控制系统；在安装、拆卸方面PLC控制系统和单片机控制系统优于传统接触器控制系统；在控制系统所占体积上比较单片机控制系统最为优越，PLC控制系统次之，传统接触器控制系统最差；在维护方面单片机控制系统可视性最强，PLC控制系统次之，传统接触器控制系统最差；在维护方面传统接触器控制系统由于控制元件多线路复杂，后期元件的更换费时，PLC、单片机控制系统无故障时间达到数万小时以上，且为插拔方式元件更换方便省时；在工作环境方面单片机对灰尘、电源、信号等要求严格，如果干扰过多会引起误操作，PLC一般配备屏蔽线对电源及信号的抗干扰能力强，传统接触器控制系统对环境要求不高。由于我公司希望该控制系统越早投入越好且功能性、可靠性、适应性综合指标越高越好，且我公司工程项目的工作环境多为野外作业环境恶劣，最后选用PLC控制系统。

经过实际使用也验证了PLC控制系统的同步控制能强，系统运转可靠性高。

［1］王永华.现代电气控制及PLC应用技术［M］，北京航空航天大学出版社.2012

［2］廖常初.PLC编程及应用［M］，机械工业出版社，2006

［3］程周.电气控制与PLC原理及应用》（欧姆龙机型） ［M］，电子工业出版社，2006

［4］佟传恩.C200H操作手册，上海欧姆龙自动化系统有限公司，1991

［5］舒怀林.单片机原理与接口技术 ［M］，华中科技大学出版社，2001

［6］赵小安，耿恒山，杨鹏. MCS-51单片机原理及应用［M］，天津大学出版社，2001，8