斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110027）

斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

劉雅臣 張庭亮

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110027）

斗輪堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲(chǔ)煤廠、發(fā)電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲(chǔ)料場的堆取作業(yè)中。為了保證生產(chǎn)工藝并且使斗輪機(jī)能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行，我廠生產(chǎn)的臂式斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)不僅采用了以PLC控制系統(tǒng)為核心的設(shè)計(jì)思想，輔以HMI、現(xiàn)場總線等新產(chǎn)品新技術(shù)，還應(yīng)用了變頻器配以回饋單元及編碼器定位。

PLC控制系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；變頻器；HMI；編碼器

1 PLC是目前控制存儲(chǔ)器中采用較多的一種邏輯變成控制器，主要用于內(nèi)部的存儲(chǔ)控制，由于其程序的可編程行強(qiáng)，且邏輯運(yùn)算性強(qiáng)，具有順序控制以及計(jì)算、定時(shí)和處理等指令編輯界面，使得用戶的指向性更強(qiáng)，在各類機(jī)械以及生產(chǎn)過程中，通過數(shù)字以及模擬信號的輸入、輸出，達(dá)到自動(dòng)化控制的目的。目前的電氣控制開始向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，因此PLC開始顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。相對比其他的控制器，PLC抗干擾以及自我診斷功能更可靠，針對日常的故障，能及時(shí)的調(diào)整和排除，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

2 變頻器及編碼器均通過PROFIBUS -DP通訊板與PLC進(jìn)行通訊，通過PROFIBUS-DP采集、發(fā)送數(shù)據(jù)，即通過總線方式。該種方式主要通過現(xiàn)場的數(shù)字傳感器、儀表以及變送器等現(xiàn)場機(jī)構(gòu)設(shè)備同工作站連接為數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，該分散、多分支、的雙向數(shù)字化傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)物。對比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，不但效率更高，成本更低，因此多用于系統(tǒng)控制中的設(shè)備級控制，且系統(tǒng)的通信采用了分散式I/O結(jié)構(gòu)。 它與PROFIBUS-PA、PROFIBUSFMS共同組成了PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)。主要進(jìn)行現(xiàn)場的高速數(shù)據(jù)傳輸，對站內(nèi)信息進(jìn)行周期讀取，并采用周期性方式向從站進(jìn)行信息傳輸。此外，相對比PLC程序的循環(huán)時(shí)間，總線循環(huán)時(shí)間必須相對較短。排除數(shù)據(jù)傳輸中周期性的傳輸，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。斗輪堆取料機(jī)通過光纖通訊與DCS系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞，這樣不但保證了傳遞數(shù)據(jù)速度、距離而且抗干擾性很強(qiáng)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

圖1 斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 變頻器配以回饋單元的變頻調(diào)速系統(tǒng)。電網(wǎng)會(huì)受到電機(jī)的硬啟動(dòng)操作沖擊，并且需要容量更高的電網(wǎng)，在硬啟動(dòng)點(diǎn)擊時(shí)，在電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生瞬間電流，且電流量極大，這種沖擊會(huì)極大的損害回轉(zhuǎn)、行走系統(tǒng)，損傷設(shè)備，縮短設(shè)備壽命。在系統(tǒng)中加裝變頻調(diào)節(jié)裝置后，能夠有效利用該裝置對系統(tǒng)的啟動(dòng)模式予以轉(zhuǎn)換，使得啟動(dòng)變?yōu)檐泦?dòng)，使得啟動(dòng)電流為零，即便產(chǎn)生啟動(dòng)電流也低于而定電流，從而使得電網(wǎng)受到的沖擊降低，且保護(hù)了設(shè)備。通常系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)選型上會(huì)留有一定的余量，電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行以調(diào)整取料量，回轉(zhuǎn)取料工作中為保證恒定的取料能力避免物料月牙效應(yīng)變頻電機(jī)按1/cos的規(guī)律旋轉(zhuǎn)，因此回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的變頻應(yīng)用是非常有必要的。變頻器還能可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、補(bǔ)償功率因素、通過改變設(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。

一般通用變頻器其橋式整流電路是三相不可控的，因此無法實(shí)現(xiàn)直流回路與電源間雙向能量傳遞，解決這個(gè)問題的最有效的辦法是采用有源逆變技術(shù)，即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電回饋電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。它采用下電流追蹤型PWM整流器組成方式，這樣就容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，且具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控匍交流側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功功率的交換，且效率可高達(dá)97%，經(jīng)濟(jì)效益較大，熱損耗為能耗制動(dòng)的1%，同時(shí)不污染電網(wǎng)。所以，回饋制動(dòng)特別適用于需要頻繁制動(dòng)的場合，電動(dòng)機(jī)的功率也較大，這時(shí)節(jié)電效果明顯，按運(yùn)行的工況條件不同，平均約有20%的省電效果。

4 本機(jī)還配有人機(jī)界面（HMI）可連接至PLC，以顯示機(jī)上設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過出入單元（觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互。本機(jī)是通過西門子觸摸屏、以太網(wǎng)通訊來實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互的。

5 臂式斗輪堆取料機(jī)使用編碼器記錄及控制斗輪及大車的步進(jìn)距離、懸臂回轉(zhuǎn)距離及懸臂升降角度，不但保證定位準(zhǔn)確精度高，還可以對物料按照一定比例進(jìn)行充分混勻，有效提高了物料的預(yù)均化程度，堆形美觀。因每次步進(jìn)距離相同，取料時(shí)能使皮帶載料量均勻。

結(jié)語

斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)基于優(yōu)良的控制器、信息網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面、變頻傳動(dòng)系統(tǒng)和精確的定位系統(tǒng)，在加上相應(yīng)硬件和軟件的配置，不但提高了堆取料機(jī)整體性能，而且使使用者在司機(jī)室內(nèi)就能對整機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)了如執(zhí)掌，最大程度減少系統(tǒng)故障停機(jī)概率，更好的保障生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

[1]胡學(xué)林.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.

[2]劉華波，何文雪，王雪；西門子S7-300/400PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社；

[3]崔堅(jiān)主編李佳副主編.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]ABB（北京）電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.ACS800 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序[R].

[5]馮敏，劉宇.自控產(chǎn)品在堆取料機(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用[Z]，2006（06）.

TH24 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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