摘要：随着变频技术的飞速发展，交流变频调速方式在起重机上的应用越来越成熟、普及，但梅钢炼钢厂由于建厂初期引进的是国外二手直流起重机，尤其是加料跨和钢水接受跨两条主要工艺线设备全部是直流起重机，受厂房条件及生产要素的制约，这两跨起重机无法更新改造为交流起重机。但直流起重机由于其线路控制复杂，元器件数量多，故障率高且发现并排除故障困难，给炼钢厂的生产造成了严重影响。本文介绍了由西门子plc和触摸屏为主组成的系统如何解决这一难题。
1、直流起重机原理及缺点
1.1 直流起重机原理
炼钢厂直流起重机电机为串励型电机，平移机构电机采用串励接线方式；起升机构电机上升时采用由电枢及换向绕组、励磁绕组、制动器线圈及调速电阻串联的切电阻调速方式；下降时则采用电枢与励磁、制动器线圈并联，利用改变电枢回路串接电阻及励磁回路串联电阻削弱磁场的调速控制方式（见图1）。
1.2存在问题
起升机构采用并励方式，弱磁调速时，直流制动器线圈与励磁绕组串联。
（1）当空载快速打高速档运行时，其励磁电流i1约为额定电流的5o％（弱磁），制动器不易打开，弓i起电机堵转，此时电机电枢电流ia将达到额定电流的5～6倍，从而使电枢绕组及软化电阻烧坏。
（2）当重载低速运行时，励磁绕组处于强磁状态，此时励磁电流ii约为额定电流的1．6倍，长时问运行将损坏励磁绕组及调速电阻。另外由于直流起重机控制采用继电器加接触器串电阻调速方式，系统只能有一些简单的逻辑保护，对于各种电机飞车、火花过大及部分操作失误等无法进行系统性保护，同时由于继电器和接触器数量多且故障点多，因此查找故障非常困难。
2、系统硬件设计
在工业控制领域内，plc作为现场控制器，相比较工控机和自行开发的单片机，具有可靠性、抗干扰性及成本低等优点。并且随着plc数据运算处理及通讯功能的不断增强，其在工业领域的应用越来越广泛[1]。触摸屏作为一种人机界面友好、组态编程便携灵活的人机交互设备，正好弥补了plc在人机交互方面的不足，发挥出plc更多的潜能[2]。根据直流电机的原理和特性，本系统采用上位机与下位机相结合的控制结构，上位机采用触摸屏，下位机采用plc作为主控单元。plc和触摸屏的通讯采用profibus总线方式，控制系统硬件框图见图2。
（1）触摸屏选型：触摸屏选用西门子公司tp270b触摸屏；
（2）plc选型：plc选用西门子公司s7300系列，cpu采用的是s7—315-2dp，该plc具有体积小、功耗低及功能强的特点。i／o模块全部采用具有光电隔离和可插拨等特点的模块，并留有适当余量。电流检测采用电流传感器加模拟量模块控制方式，速度检测采用编码器加高速计数模块控制方式。
3、系统软件设计
3．1上位机软件设计上位机软件采用西门子触摸屏软件protool。整个画面由3部分组成：主画面、状态监控画面和故障显示画面。
3．1．]主画面主要显示整机的信息（见图3）。
3．1．2状态监控画面
该显示主要包括系统动作状态显示、联动台手柄位置显示和电流电压趋势图。通过电流电压趋势图可以很直观地知道起重机的实时工作状态（见图4）。
3．1．3故障显示画面该显示是本系统的一大特色，zui大程度方便了用户故障排查。直流起重机中各种限位开关和接触器数量众多，系统运行过程中只要有一处出现问题就会导致停机。排除故障时要一个个去查，费时又费力，同时对排故障人员经验及水平要求很高。而现在在组态设计时把各个机构的限位开关通过红绿两种颜色进行了识别，红色表明该限位开关动作了，绿色则表明正常。同时对各个机构的每个接触器都进行了组态，当某个接触器出现故障时，在触摸屏画面会自动弹出该接触器的故障信息，如线圈开路或粘连，通过触摸屏可以直观地知道故障的部位及故障的类别（见图5）。
3.2下位机软件设计
（1）下位机（plc）程序采用梯形图编程，软件为西门子公司step7v5．3，控制程序流程图见图6。
（2）由于采用了plc逻辑控制，对原先采用继电器控制的老直流起重机存在的问题，如电机堵转导致电阻和制动器线圈易烧损等故障及电机飞车、火花大等问题都可以迎刃而解。通过plc内部时间继电器可以克服起重机操作员的误操作，实现起重机的档位平稳过渡，并通过调整电阻切除时间可以减小电机换向火花大的缺点；通过电流检测模块和编码器可以使起重机根据实际电流和速度的大小来控制相应接触器工作，防止电机堵转和飞车，避免电阻、制动器及电机的损坏。
4、结语
plc和触摸屏在炼钢厂22号直流起重机上的成功应用为梅钢炼钢厂加料跨和钢水接受跨的其他直流起重机今后的电气改造指明了方向，也可以为钢铁行业其他老厂提供技术借鉴。