应用PLC技术实现对吊车车轮的纠偏控制.docx
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应用PLC技术实现对吊车车轮的纠偏控制
附件一：
武钢第二十三届青年“五小”成果申报表
单位：
二分厂运转车间团支部填报时间：
2008年9月4日
成果
名称
应用PLC技术实现对吊车车轮的纠偏控制
开始时间
2007年11月
完成时间
2008年8月
申报者
姓名
王文鹏
性别
男
年龄
26
文化程度
大学本科
职业工种
钳工
职称
助工
在成果中所占地位
参与者
其他协作者姓名
申运龙霍育清刘文兵种发友陈曦
单位技术科和财务科鉴定意见：
（公章）
基层团委推荐上报意见及建议评审等级：
（公章）
公司评审组评审意见：
（公章）
附件二：
武钢第二十三届青年“五小”活动统计表
单位：
二分厂运转车间团支部填报时间：
2008年9月4日
类别
项目数
已投产数
年创效益（万元）
未投产数
填补空白数
“五小”活动
1
1
0
1
参加五小活动人数8人；青年科技小组数1个；
成员数3人。
申报单位审定意见
盖章
年月日
公司审定意见
盖章
年月日
应用PLC技术实现对吊车车轮的纠偏控制
一、小组概况
我们小组成立于2007年，此次课题的开始时间是2007年11月，本小组现有成员7人。
（见表一）
二、选题理由
（一）此次项目是厂2008年度“十大难点攻关”既定项目之一。
（二）实现吊车的安全稳定运行。
三、现状调查
武钢集团现有吊车4000余台，80%以上的吊车存在不同程度的车轮啃道现象，给企业造成大量经济损失及人力资源浪费，其问题的严重性曝露无疑。
我车间所辖全厂吊车的车轮啃道情况也不容乐观。
尤其是二出坯跨2＃40t夹钳由于车轮啃道现象最为严重，车轮更换频繁，部分车轮更换周期达到1.5月/次。
（见表二）轨道更换周期下降，耗费大量人力，物力，造成钢材成本的隐性流失。
2007年2＃40t夹钳车轮更换记录（表二）
东南主动
东南被动
西南主动
西南被动
东北主动
东北被动
西北主动
西北被动
7月30日
4月29日
2月12日
6月26日
2月16日
8月8日
8月30日
8月30日
7月20日
8月14日
10月19日
8月21日
10月15日
来源:
炼钢总厂二分厂设备管理信息系统
四、原因分析
制定从人、机、料、法、环五个方面分析车轮啃轨原因：
●对于车轮检修质量问题：
车间制定针对性措施：
不断优化和创新车轮检修调整模式，专检员督阵检修，严把质量关。
●对于吊车轨道基础设施超标问题：
车间制定针对性措施：
在进行加固厂房立柱、调整好轨道梁的基础上，对轨道进行测量、调整、再测量、再调整的反复调整模式，实现车轮运行基础——轨道的达标。
●对于车轮备件质量问题：
车间制定针对性措施：
采取“严进宽出”备件修复管理模式，对存在问题车轮备件无论条件一律送去修复，对返修回的备件则组织车间技术组专业人员检查验收，存在一点缺陷则一律不让送往现场，继续返修。
●车轮点检等问题：
车间制定针对性措施：
修订《运转车间点检管理办法》加大对车轮等重点部位点检的奖惩力度。
由于措施得当，针对性较强，车轮更换次数大幅度减少。
但车轮啃道现象并没有得到彻底消除。
车间决定加大技术攻关力度，成立啃道攻关小组，在保持原有既定维护措施的前提下，加速技术攻关，车间解决车轮啃道问题。
五、确定目标
应用PLC技术解决全厂吊车车轮啃道问题
六、制定对策及实施
根据常规切电阻吊车纠偏控制的基本原理，设计PLC、变频吊车纠偏控制系统。
在原有设备基础上升级到315CPU，增加通信协议桥接装置，动力回路切换装置，四个检测极限，系统运行原理如图1。
图1纠偏控制原理框图
原理简介：
在吊车车架四角上焊接角钢，角钢底部安装检测装置，检测车架与轨道水平相对距离，检测装置水平及垂直位置可调。
四个检测装置将检测到的离散信号引入PLC，检测到的离散信号与车体行走方向信号通过抗干扰防抖程序处理，控制变频器输出频率，降低啃道侧速度，利用行走方向车轮导向性调整车体行走姿态，防止车体走斜，从而达到解决车轮啃道的目的。
在2007年11月28日至2008年2月4日投入试用该系统，试运行阶段曝露出大量问题：
1）设备系统监控力度不够，监控手段存在缺陷，无法对纠偏系统进行24小时跟踪检测记录数据，严重影响项目实施过程中原因分析；
2）轨道由于磨损严重，呈台阶状，大车行走姿态调整过程中，车轮踏面靠近轮缘两侧受到较大摩擦阻力，一侧变频器频繁出现过电流掉电现象；
3）在大车行走运行过程中车架软连接处水平刚性不足，导致端梁侧面及走台螺丝长期大面积松动；
4）差档调速过程中纠偏量过大，导致车架受到较强的机械冲击，大车车体在行走过程中出现较大的晃动、震荡；
5）由于控制方式的改变，东西两侧变频器出现单机运行情况，加剧车轮啃道，同时构成极大的安全隐患；
6）大车行走过程中，车轮存在周期水平调整运动，对磨电板造成一定的水平拉伸，长期运行导致磨电板穿销铁丝拉断，造成供电系统短路单相，构成严重安全隐患；
7）出坯跨温度较高，检测装置长期处于高温环境下运行，耐高温特性存在缺陷，更换率高。
经过攻关组成员的反复验证，共同克服困难，逐一解决技术瓶颈问题。
针对问题1）制定对策：
建立设备系统化网络管理如图5、6。
在吊车电气仓内放置计算机，采用总线桥的网络连接方式，采集变频器参数数据，建立设备网络通信及动态监视画面，对设备运行参数，运行状态，故障状态实施24小时监控，并记录运行数据。
图5监控系统网络拓扑结构图
图6运行参数Wincc监视画面
效果分析：
形成一套自动化运行监控系统，节省大量人力，并能对纠偏控制综合性能从广度及深度上进行剖析，以便于系统改进，优化，完善。
针对问题2）制定对策：
利用监控数据分析，批量实验尝试。
1、Wincc监控画面编程，检测四个纠偏极限，变频器输出电流，输出频率，输出电压，故障信号，主令控制器档位，纠偏时东西变频器差档档位；
2、变频器参数监控调试；
3、调整纠偏保持时间，记录数据分析；
4、调整变频器过流峰值时间，记录数据分析；
5、调整变频器加速时间，记录数据分析。
6、纠偏检测极限调整，协调维修中心进行车轮组调整，记录数据分析；
7、控制器离开零位延时，屏蔽加速过程纠偏，解决掉电问题尝试，记录数据分析；
8、车轮靠近轮缘两侧或轮缘上涂少量润滑油，解决掉电问题尝试，纠偏电流降低到由150A降低到110A左右，峰值不超过120A，记录数据分析。
批量实验前后对比如图8、9：
图7批量实验调整前变频器输出电流
图8批量实验调整后变频器输出电流
结论及效果：
夹钳吊车运行时间较长，并长期处于高温区域，轨道上润滑油风干较快，润滑作用丧失，纠偏过程中车轮踏面横向调整摩擦阻力过大，造成车体高速侧变频器运行电流过大。
润滑后纠偏运行变频器输出电流有所下降，变频器一侧过电流掉电现象减少。
针对问题3）制定对策：
在夹钳吊端梁走台及侧面软连接处对螺丝加多层弹性垫并紧固。
结论及效果：
运行效果良好，未发生松动，车体水平刚性有所加强，同时使得车体在姿态调整过程中具有一定活动间隙。
也可采取在车架软连接处固定钢板加厚或支撑处理。
针对问题4）制定对策：
将档位控制过渡到频率控制，微量调整，速差n≦0.1N，进一步降低纠偏造成的过大运行电流。
八档调速变频器参数设置，程序调试，纠偏电流降低到70A左右，解决掉电问题尝试，由以往的4档调速纠偏变为8档调速纠偏，由以往的差档纠偏变为差频纠偏，纠偏频率由运行前期的10HZ不可调变为0.1HZ－50HZ任意可调，减小纠偏过程车体姿态调整对车体结构造成的影响。
图9差频调速纠偏变频器输出电流
结论及效果：
纠偏系统在额定电流以下正常运行，未发生掉电现象，车体晃动、震荡明显减小，对大车车架机械冲击减弱，运行平稳。
针对问题5）制定对策：
纠偏运行程序中对变频器运行方式采取连锁控制，禁止变频器单机工作状态。
结论及效果：
未发生单机运行情况。
针对问题6）制定对策：
在磨电板穿销两侧加定长钢管处理，放置在纠偏微动拉伸过程中发生窜动，防止穿销长期拉伸掉出。
结论及效果：
未放生类似故障。
针对问题7）制定对策：
多个厂家检测装置试用，选用感应灵敏度高，感应距离30mm，长期耐高温100℃以上检测装置。
结论及效果：
运行效果良好。
对系统改进后5月9日正式投入使用验证，未发生前期使用时出现的故障现象，系统稳定性，可靠性得以肯定。
（7）防止再发生
1、技术人员定期对计算机记录的系统运行数据进行分析，发现异常情况及时作出调整；
2、工段点、巡检记录吊车各种突发异常情况，反馈小组成员进行纠正；
3、如有类似问题小组成员负责纠正并采取适当预防措施。
七、经济效益
直接效益：
1.减少车轮更换：
2007年2＃40t夹钳车轮更换记录
东南主动
东南被动
西南主动
西南被动
东北主动
东北被动
西北主动
西北被动
7月30日
4月29日
2月12日
6月26日
2月16日
8月8日
8月30日
8月30日
7月20日
8月14日
10月19日
8月21日
10月15日
来源:
炼钢总厂二分厂设备管理信息系统
2008年2＃40t夹钳车轮更换记录
东南主动
东南被动
西南主动
西南被动
东北主动
东北被动
西北主动
西北被动
3月17日
4月3日
3月11日
1月10日
3月17日①
3月31日①
2月3日
3月27日①
5月12日②
5月3日②
3月21日
3月27日①
3月11日
4月1日
3月16日
5月23日③
5月23日③
来源:
炼钢总厂二分厂设备管理信息系统
根据以上统计记录
选择更换2次以上的车轮确定2＃夹钳车轮使用平均周期：
东南主动轮07年7月－10月
（天/次）
东北主动轮07年2月－8月
（天/次）
东北被动轮07年6月－10月
（天/次）
西南主动轮08年3月－4月
（天/次）
西北主动轮08年2月－3月
（天/次）
二出坯2＃夹钳车轮更换平均周期T
（天/次）
第①批车轮减少更换次数：
3次；第②批车轮减少更换次数：
2次；第③批车轮减少更换次数：
1次。
纠偏系统运行3个月2＃40t夹钳直接经济效益：
（3×4＋2×2＋1×2）×8000元/个=14.4万元。
2.降低电能消耗；
据实际应用，纠偏投入使用后，吊车电能消耗可降低30%;按0.5元/度；吊车每天动车按累计15小时；各机构电机功率累计300KW。
可节约电耗累计节约成本：
0.5元/度×16×365×300×30%＝24.6375万元。
3.节约生产过程成本：
全年影响生产过程时间按累计6小时，每吨钢冶炼周期为45分钟（0.75小时）；按普钢利润500元/吨，钢水78吨/罐计算；
可节约生产过程成本：
500元/吨×78吨×6小时/0.75小时＝31.2万元
间接经济效益：
降低人力资源周期投入，有效减少设备故障时间，提高劳动生产率。
1.减少设备故障时间产生效益：
2007年该台吊车更换车轮达20个，每更换车轮按3小时/个计，每吨钢冶炼周期为45分钟，按普钢利润500元/吨，钢水78吨/罐计算在设备无车轮故障可产生经济效益：
3小时/个×20个×60/45×500元/吨×78吨＝312万元
2.降低人力成本投入：
根据现场实际情况，每更换车轮按3小时/个，更换车轮10人/次，人力成本15元/小时，可节约人力成本：
10×20×15×3＝0.9万元
八、下一步打算
随着小车运行精确定位系统在2#40t夹钳投入使用之后，我们将逐步推广全厂各台吊车上应用，其带来的经济效益必然是可观的。
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