門式堆取料機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)與設(shè)備安全研究

張鑫淼，李海英

（1.河北港口集團(tuán)有限公司，河北 秦皇島 066001； 2.天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所有限公司，天津 300180）

1 改進(jìn)前技術(shù)狀況

MDQ3000/3000.650 型門式堆取料機(jī)是秦皇島港煤二期預(yù)留堆場中的主要裝卸設(shè)備，它集堆料、取料于一身，工藝變換頻繁，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。門式堆取料機(jī)包括堆料皮帶機(jī)、受料皮帶機(jī)、斗輪機(jī)構(gòu)、大車、尾車等主要部分，B2DQ 門式堆取料機(jī)跨度65m，剛性腿與撓性腿之間采用主從控制由于跨度大如果大車同步出現(xiàn)故障會(huì)造成活動(dòng)梁鋼結(jié)構(gòu)彎曲與大車主梁的變形，大車行走掉道等嚴(yán)重事故，大車長期在3°以上偏斜情況下運(yùn)行會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的疲勞，所以一定要把偏斜角度控制在3°允許范圍。大車行走是由ABB 變頻器和編碼器實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)主從控制實(shí)現(xiàn)的同步調(diào)速。在原大車行走的控制系統(tǒng)中極限位置數(shù)據(jù)的選擇是根據(jù)觸發(fā)東側(cè)、西側(cè)的極限限位，PLC 記錄當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)確定大車行走位置，這種控制方式在使用作業(yè)過程中我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)無故停車且停車后無動(dòng)作或行走變頻器斷電送不上。原因如下。

1）大車的偏斜角度超過允許值自動(dòng)停車。

2）大車行走保護(hù)控制方式為當(dāng)工作極限和極限限位動(dòng)作后PLC 自動(dòng)保存此距離數(shù)據(jù)作為極限限位，下次行走到此距離工作極限自動(dòng)停止運(yùn)行，極限動(dòng)作位置大車變頻器掉電。由于軌道旁會(huì)有雜物煤塊碰觸限位，造成設(shè)備的故障率大大提高。同時(shí)此種控制方式因?yàn)闆]有設(shè)置零點(diǎn)無法確定大車的具體位置，使大車的偏斜校準(zhǔn)無法實(shí)現(xiàn)。

由于在使用過程中我們發(fā)現(xiàn)原有控制方式由安裝在行走電機(jī)上的增量編碼器測定兩側(cè)電機(jī)輸出速度，安裝在大車行走輪上的絕對值編碼器傳輸距離數(shù)據(jù)經(jīng)變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速，由于軌 道不平等原因造成安裝在行走輪上的絕對值編碼器有丟轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，使大車在一水平面的標(biāo)定點(diǎn)產(chǎn)生誤差，使PLC 中偏斜數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，在 大車已偏斜的情況下PLC 顯示大車未偏斜，偏斜輕微造成大車單側(cè)行走輪啃軌道，偏斜角度較大會(huì)造成嚴(yán)重后果影響設(shè)備的安全和操作人員人身安全。這就要求我們經(jīng)常對大車的零點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，以保證編碼器中數(shù)據(jù)的可靠性。同時(shí)減少設(shè)備的故障率保證門式堆取料機(jī)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。門式堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 門式堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 PLC programming

2 詳細(xì)改進(jìn)內(nèi)容

針對以上大行走系統(tǒng)現(xiàn)狀，我決定對其進(jìn)行改進(jìn)。整體思路是通過壩基兩側(cè)已測定的標(biāo)定點(diǎn)，增加PLC 程序定期校正剛性腿與撓性腿的水平性也就是確定編碼器的零點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)通過安裝在剛性退和柔性腿上的增量與絕對值編碼器采集距離與速度數(shù)據(jù)傳送到變頻器，PLC 在從變頻器中讀取數(shù)據(jù)處理后傳輸給變頻器實(shí)現(xiàn)大車行走的主從閉環(huán)控制，同時(shí)計(jì)算出整個(gè)料場的具體距離數(shù)據(jù)在PLC 程序中確定極限位置具體如下。

1）測量大車行走東西兩側(cè)限位間的實(shí)際距離，并記錄大車編碼器給出從東側(cè)走到西側(cè)的數(shù)據(jù)。經(jīng)過計(jì)算算出每圈編碼器對應(yīng)的米數(shù)，公式為

式中：S為實(shí)際距離，m；T為編碼器圈數(shù)；R為每圈編碼器對應(yīng)的米數(shù)。

其中8035456 是Encoder22 的零點(diǎn)為編碼器在標(biāo)定點(diǎn)顯示的數(shù)值，Encoder22 來自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)付值當(dāng)偏斜校準(zhǔn)后，Encoder22 中的數(shù)據(jù)類型UDNT 轉(zhuǎn)換成REAL 數(shù)據(jù)輸出到 distance_temp1 中，distance_temp1 減去8035456 得出編碼器現(xiàn)在的位置數(shù)據(jù)，并除去4096 得出單圈數(shù)，在用單圈數(shù)乘以1.844（其中1.844 為根據(jù)上面公式1 得出的每圈編碼器走的米數(shù)）計(jì)算出大車行走的距離米數(shù)。當(dāng)Encoder22中的數(shù)據(jù)大于等于8616417時(shí)大車前進(jìn)工作極限編碼器動(dòng)作，不允許大車前進(jìn)。當(dāng)Encoder22中的數(shù)據(jù)小于等于8043648 時(shí)大車的后退工作極限動(dòng)作，大車不允許后退。后退命令無效。其中8616417和8043648 為通過校準(zhǔn)后大車實(shí)際行走到極限位置編碼器返回?cái)?shù)據(jù)。這樣就解決了限位誤動(dòng)作后編碼器記錄其數(shù)據(jù)誤當(dāng)做實(shí)際極限位置數(shù)據(jù)的故障。PLC內(nèi)程序編寫見圖2?？刂圃韴D見圖3。

圖2 PLC 內(nèi)程序編寫Fig.2 PLC programming

圖3 控制原理圖Fig.3 Control principle diagram

2）在程序中取內(nèi)部寄存器地址001802 的上升沿EncoderManual-DC 串聯(lián)大車行走前進(jìn)和大車行走后退的閉點(diǎn)使大車動(dòng)作時(shí)標(biāo)定無效，保證標(biāo)定的可靠性。將16 進(jìn)制數(shù)0000 通過功能塊MOVE 到地址403223 中，同理把16 進(jìn)制數(shù)8080MOVE 到地址403222 中。403223 和403222分別為編碼器地址，取內(nèi)部寄存器地址001802的下降沿結(jié)束傳輸。整個(gè)校準(zhǔn)過成只要把大車開到標(biāo)定點(diǎn)，強(qiáng)制001802 從1 跳0 就能完成校準(zhǔn)過程。同時(shí)標(biāo)定單圈編碼器的數(shù)值，這里所說的單圈編碼器是安裝在固定梁頂端的絕對值編碼器顯示大車行走偏斜的角度，當(dāng)標(biāo)定過剛性腿與撓性腿之后對單圈編碼器進(jìn)行標(biāo)定清零。直接地址ENCODERMANUASET3-DC 取上升沿竄入大車行走前進(jìn)和后退的閉點(diǎn)通過MOVE 功能模塊將16#3A87 這組數(shù)據(jù)傳輸?shù)?03230 中，并用直接地址的下降沿結(jié)束傳輸完成對單圈編碼器的校準(zhǔn)清零。其中403230 為安裝在固定梁頂端絕對值編碼器的地址。PLC 內(nèi)程序編寫見圖4?？刂葡到y(tǒng)圖見圖5。

圖4 PLC 內(nèi)程序編寫Fig.4 PLC programming

圖5 控制系統(tǒng)圖Fig.5 Control system diagram

3 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵

1）門式堆取料機(jī)大車偏差問題一直以來都是影響設(shè)備安全的極重要因素，本次技改我們是從設(shè)備的隱患排查入手，采用了科學(xué)系統(tǒng)的分析方法，將影響調(diào)偏系統(tǒng)有效性的因素一一列舉，逐項(xiàng)評定其影響的權(quán)重，最終查找出系統(tǒng)存在的重大隱患，為最終解決問題奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）通過對標(biāo)定程序的編寫減少了標(biāo)定的難度，提高了設(shè)備的安全性能，使班組電工也能上手標(biāo)定，提高了對設(shè)備的保障能力。通過現(xiàn)場編碼器的數(shù)據(jù)與實(shí)際距離的測量，經(jīng)過PLC內(nèi)部的功能模塊的計(jì)算的出大車行走距離數(shù)據(jù)。同時(shí)在上位系統(tǒng)顯示出來，增加了司機(jī)對現(xiàn)場情況的了解。

3）通過現(xiàn)場測量和計(jì)算得出大車行走數(shù)據(jù)，并與實(shí)際距離相對應(yīng)。自動(dòng)顯示在PLC 中為預(yù)留堆場改造后的上位顯示垛位系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。同時(shí)行走偏斜校準(zhǔn)采用自動(dòng)復(fù)值模式，加強(qiáng)了設(shè)備保養(yǎng)減少了設(shè)備故障，降低了設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，偏斜故障率為零，為門式堆取料機(jī)大行走的運(yùn)行安全提供了可靠的保障，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，具體如下。

1）如上文所述，一旦剛性腿與撓性腿之間采用主從控制由于跨度大如果大車同步出現(xiàn)故障會(huì)造成活動(dòng)梁鋼結(jié)構(gòu)彎曲與大車主梁的變形，大車行走掉道等嚴(yán)重事故，大車長期在3°偏斜情況下運(yùn)行會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的疲勞，本次改造以較低的成本解決了設(shè)備存在的重大安全隱患，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。2）通過對PLC程序改進(jìn)，減少了行走輪啃軌道等由大車偏斜引起的鋼結(jié)構(gòu)受力不均，節(jié)約了更換備件的成本。3）改進(jìn)后大車行走偏斜保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低，降低了門式堆取料機(jī)故障時(shí)間，減少了維修保養(yǎng)臺(tái)時(shí)，無形中提高了裝卸效率。

[1]倍加福絕對值編碼器產(chǎn)品說明書.

[2]施耐德使用Unity Pro 的Quantum 140 EIA 921 00 AS-i 總線接口模塊用戶手冊2011（中文）.

[3]劉美俊.變頻器應(yīng)用與維修問答.電子工業(yè)出版社，2009.

[4]童時(shí)中.電子設(shè)備人機(jī)工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2010.