环轨冶金葫芦自动吊运系统的研究与设计＊

臧小惠，吴　丹

（1.大连市特种设备检测研究院，辽宁大连116021；2.大连电子学校，辽宁大连116023）

环轨冶金葫芦自动吊运系统的研究与设计＊

臧小惠1，吴丹2

（1.大连市特种设备检测研究院，辽宁大连116021；2.大连电子学校，辽宁大连116023）

摘要：针对传统起重机以手动控制为主，动作效率低，稳定性差，安全性不高，易导致事故发生等问题，结合实际检验工作，研究并设计一种基于环形轨道的冶金葫芦自动吊运系统。该系统通过PLC控制有效地提高了系统的自动化程度，在节能的基础上有效地提高了现场工作效率，保证了设备的安全性和稳定性，大大降低特种设备的事故率。

关键词：环轨；冶金葫芦；吊运系统

＊国家实用新型专利：一种环轨冶金葫芦自动吊运系统（专利号：201220031620.8）

1　引言

2007年4月18日，辽宁省铁岭市清河特殊钢有限责任公司发生钢水包倾覆的特别重大事故，造成现场32名工人死亡。按照国家质量监督检验检疫总局发出的《关于冶金起重机械整治工作有关意见的通知》（国质检办特〔2007〕375号）的要求，各地都进行了工作部署，对用非冶金起重机械用于吊运熔融金属提出了具体的整改要求。相关企业随之对涉及吊运熔融金属的非冶金起重机按要求进行了技术整改。虽然进行相应项目的整改后，能基本满足国家技术规范的要求，但是这些技术方面的整改与完善仅仅局限于单台起重机，并未从系统的角度出发建立系统的理念，导致系统存在工作效率低、能耗高、稳定性差、安全性较低等缺点［1、2］。

国家最新发布的《中华人民共和国特种设备安全法》中第七条规定：特种设备生产、经营、使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理，确保特种设备生产、经营、使用安全，符合节能要求。

针对以上问题并结合实际检验工作，研究并设计一种基于环形轨道的冶金葫芦自动吊运系统［3］。通过PLC控制有效地提高了系统的自动化程度，大大提高了工作效率。同时冶金葫芦的运行采用了变频调速，有效克服转子串电阻调速中存在的稳定性差、安全性不高的缺陷。有效克服传统小型起重设备采用人工手动操作、工作效率低、能耗高、稳定性差、安全性低等缺点，并能有效地提高现场工作效率，使得生产过程的安全性和稳定性得到有效保证。

图1　环轨冶金葫芦自动吊运系统结构图

2　传统吊运方案

传统起重工作是一项技术性强、危险性大，多工种人员互相配合、互相协调，精心组织、统一指挥的特殊工种作业，所以必须对作业现场的环境、重物吊运路线及吊运指定位置和起重物重量、重心、重物状况、重物降落点、起重物吊点是否平衡，配备起重设备是否满足需要，进行分析、计算，正确制定起重方案，达到安全起吊和就位的目的。传统吊运方案一般采用单台起重设备往复运行作业；吊运过程中，吊运距离较远，同时装卸次数较多，导致了工作效率较低，安全性不高。

3　环轨冶金葫芦自动吊运系统的结构设计

环轨冶金葫芦自动吊运系统将原有的直线形轨道，改进为环形轨道，使得冶金葫芦能在环形轨道上循环运行，有效地提高工作效率。其中环形轨道依次经过4个区域，即熔炼上料区、浇注a区、浇注b区、自动回车段及维修待车区。位于环形轨道上的滑线总共分为7段，由PLC来实现通断电的顺序控制。

整个自动吊运系统有4个冶金葫芦（按工艺要求可做调整）组成，其中两用两备。环轨冶金葫芦自动吊运系统结构如图1所示。

整个吊运系统由3个要素构成，一是由PLC实现对滑线供电系统的控制，通过PLC控制滑触线通断电来完成冶金葫芦自动运行功能；二是由变频器实现对冶金葫芦运行的控制；三是遥控器自动转换的控制。

在熔炼上料区、浇注a区、浇注b区各有一台遥控发射器可以控制本区域内冶金葫芦的运行。其中，遥控功能包括冶金葫芦变频前进和后退；双速升降；转运包正反方向翻转；当起升达到最高点时放行冶金葫芦自动运行及称重清零。另外冶金葫芦配有称重系统，并装有称重显示器，冶金葫芦运行到指定地点自动清零，如果自动清零失败则可以使用遥控器手动清零。

熔炼上料区使用遥控器A手动控制冶金葫芦到指定的电炉前向转运包内倒入铁水，完成装料后升到最高位置,启动自动运行按钮，冶金葫芦自动运行到自动停车位1停车。在此位置遥控接收器A自动转换到B。反方向行使时遥控接受器自动由B转换为A。同时在自动待车位2无车的情况下，在自动待车位21的小车自动运行通过称重清零位到自动待车位2的位置。自动运行的功能由PLC控制滑触线通断电来完成。

4　环轨冶金葫芦自动吊运系统的硬件实现

电机选用的功率为7.5/1.875kW，防护等级为H/IP54。冶金葫芦工作级别A6。可编程序控制器选用S7-200，型号为ES7216-2BD23-0XB0。变频器型号为ACS-401006-3-X。除此之外，该系统还有断路器、接触器等低压电器及十字开关、接近开关、光电开关等电气元件组成。

如图2所示，根据工艺要求，将滑线分为7段，分别命名为：1号段滑线、2号段滑线、3号段滑线、4号段滑线、5号段滑线、6号段滑线、7号段滑线。在每段滑线的进出装有光电开关或行程开关等检测装置，以检测冶金葫芦运行的具体位置，通过PLC控制相应滑线电源的通断。

图2　基于PLC的滑触线分断控制图

5　环轨冶金葫芦自动吊运系统的软件实现

如图3所示，按工艺要求，分配PLC的输入端，PLC的输出点为Q00、Q01、Q02、Q03、Q04，输出信号分别控制交流接触器Ka1、Ka2、Ka3、Ka4、Ka5。由Ka1常开触点控制滑线供电总接触器KM0，控制整个环轨滑线电源的通断；Ka2常闭触点控制KM11，实现4号段断电；Ka3常闭触点控制KM10，实现2号段断电；Ka4常闭触点控制KM8，实现5号段断电；Ka5常开触点控制KM9，实现6号段供电。

为了实现冶金葫芦的自动环轨运行，总体的设计施工过程是：按照环轨冶金葫芦自动吊运系统的工艺流程，了解机电之间的配合，确定被控对象对PLC系统的要求，确定I/O设备，选择PLC，分配PLC的I/O地址。PLC具有多种可以应用的模块，按照需要的功能来选择模块，每种模块具有可连接的点，为需要的点赋地址，编程时候把所赋地址进行调用。绘制PLC外部I/O接线图。

进行PLC程序设计：绘制功能图，设计梯形图程序，编写指令表程序，对程序进行调式和修改，直到满足控制要求为止。然后设计控制柜及操作面板电气布置图及安装接线图，控制系统各部分的电气互连图，根据图样进行现场连线，并检查。进行现场调试，先带上输出设备，不带负载进行调试，各部分都正常后，再带上实际负载运行。调试完毕后，将固化到EPROM，以防程序丢失。最后整理技术文件，包括使用说明书、电气图纸、程序文件等。

图3　滑线PLC控制电气原理图

6　总结

环轨冶金葫芦自动吊运系统于2012年2月1日申请国家实用新型专利，并于2012年9月19号获得国家专利授权，同时环轨冶金葫芦自动吊运系统的技术已于2012年被大连某公司采用。该系统在节能的基础上，能有效提高企业的生产效率，降低企业特种设备的事故率。经实践证明：环轨冶金葫芦自动吊运系统具有良好的实用价值和广阔的应用前景。

参考文献：

［1］李向东等.浅谈起重机节能研究［J］.起重运输机械，2013，08：64－65.

［2］程晓燕.起重机节能减排的探讨和实践［J］.机械工程师，2014，06：281－282.

［3］杜素清等.吊运环轨式抛丸生产线［J］.计算机光盘软件与应用，2013，07：64－65.

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1005—7277（2015）06—0040—03

作者简介：

臧小惠（1980－），男，江苏常州人，高级工程师，硕士研究生。现在大连市特种设备检测研究院从事机电类特种设备的检验与研究工作。

吴丹（1981－），女，辽宁大连人，硕士研究生。现在大连电子学校从事电力电子技术的教学与研究工作。

收稿日期：2015－04－30

Research and design of the metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail

ZANG Xiao－hui1，WU Dan2

（1.Dalian Special Equipment Inspection Institute，Dalian 116021，China；
2.Dalian Electronic School，Dalian 116023，China）

Abstract：The traditional crane is manually control－oriented with low operational efficiency，poor stability and low security.It easily leads to accidents and other problems.Combined with the actual inspection work，The metallurgical hoist automatic lifting system based on the ring rail is researched and designed.The system is controlled by PLC to effectively improve the automation degree of the system.In the meanwhile，on the basis of the energy saving，the working efficiency，the security and the stability of the system are effectively improved，and the accident rate of the special equipment is greatly reduced.

Key words：ring rail；metallurgical hoist；lifting system