多車型翻車機(jī)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

邢垣，紀(jì)宏超，李耀剛，喬長(zhǎng)勝，鄭強(qiáng)

（1.河北宣化鋼鐵機(jī)械制造有限公司，河北 張家口 075100；2.河北聯(lián)合大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009；3.神華天津煤碼頭公司，天津 300456）

0 引言

C 型轉(zhuǎn)子式雙車翻車機(jī)系統(tǒng)的定位車、推車機(jī)和翻車機(jī)是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其行走距離或翻轉(zhuǎn)速度的精確測(cè)量：首先，通過(guò)安裝在定位車、推車機(jī)和翻車機(jī)本體上的多圈絕對(duì)值編碼器采集實(shí)際行走位置或翻轉(zhuǎn)角度，以及安裝在定位車、推車機(jī)和翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的增量編碼器實(shí)時(shí)采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速；然后，將實(shí)時(shí)采集到的速度位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅_克韋爾Rslogix 5000 PLC 系統(tǒng)中，最后，通過(guò)PLC 程序內(nèi)的相關(guān)速度控制程序、位置比較程序及速度給定程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)SIEMENS 變頻器的控制，通過(guò)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制（CUVC）的SIEMENS 變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)定位車和推車機(jī)行走速度和位置精確控制。

1 翻車機(jī)電氣動(dòng)力系統(tǒng)

翻車機(jī)供電由3 號(hào)（SS3）變電所供電，其中一路高壓6kV 電源接入翻車機(jī)的一臺(tái)西門子SIEMENS 2500kVA 6kV/0.46kV 油浸式變壓器，負(fù)責(zé)對(duì)所轄翻車機(jī)、定位車、推車機(jī)的變頻調(diào)速交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器等所有用電設(shè)備供電。一路380V 電源作為應(yīng)急電源接入380V 應(yīng)急電源配電柜中。

翻車機(jī)系統(tǒng)有四套性能完全一樣的設(shè)備，現(xiàn)以一套設(shè)備為例進(jìn)行簡(jiǎn)介：

圖1 速度位置檢測(cè)閉環(huán)控制系統(tǒng)圖

1）翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)。翻車機(jī)由兩臺(tái)變頻調(diào)速交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)分別安裝在翻車機(jī)的兩側(cè)，通過(guò)減速箱，驅(qū)動(dòng)軸對(duì)翻車機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為200 kW，交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)。壓車系統(tǒng)、靠車系統(tǒng)及振動(dòng)清車梁的開閉由液壓俯仰驅(qū)動(dòng)。翻車機(jī)配有獨(dú)立的液壓站。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率為160 kW，交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)。

2）推車機(jī)驅(qū)動(dòng)。推車機(jī)由3 臺(tái)變頻調(diào)速交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為110 kW，交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)。推車機(jī)重量40 t，牽引行程40.76 m，牽引力300 kN，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率90 kW。

推車機(jī)的前進(jìn)最大速度（重載）1.000 m/s，返回最大速度（空載）1.507 m/s。推車機(jī)的行走采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)。推車機(jī)大臂升降及銷子的提落采用液壓俯仰方式，由推車機(jī)液壓站驅(qū)動(dòng)。交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)，如圖2 所示。

圖2 翻車機(jī)推車機(jī)動(dòng)力圖

3）定位車驅(qū)動(dòng)。定位車由6 臺(tái)變頻調(diào)速交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為110 kW，交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)。重量為45t，牽引力為600 kN。定位車牽引行程為31.64 m，液壓驅(qū)動(dòng)功率為90 kW。定位車的前進(jìn)最大速度（重載）為0.91 m/s，返回最大速度（空載）為0.7 m/s，定位車的行走采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)。定位車大臂升降及銷子的提落（C64車型）采用液壓俯仰方式，由定位車液壓站驅(qū)動(dòng)。交流電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)為德國(guó)西門子SIEMENS 電機(jī)。如圖3 所示。

圖3 定位車動(dòng)力圖

2 適應(yīng)多車型作業(yè)工藝檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

1）定位車落臂位置檢測(cè)裝置。為了滿足翻卸不摘鉤車型工藝，保證定位車大臂準(zhǔn)確與車廂間連桿聯(lián)接，因此增加定位車大臂落臂位置檢測(cè)裝置。該光電開關(guān)為BANNER 的Q60 紅外檢測(cè)裝置，該裝置主要原理為通過(guò)發(fā)射一束紅外線射線，如果前面碰到物體則反射回來(lái)，裝置接收到信號(hào)后用以判斷前方是否有物體，同時(shí)該裝置檢測(cè)物體的距離可調(diào)。該裝置的主要功能為檢測(cè)定位車大臂前方是否有車廂，在定位車準(zhǔn)備落臂的行走過(guò)程中，用來(lái)檢測(cè)定位車行走距離。當(dāng)檢測(cè)開關(guān)前方車廂檢測(cè)信號(hào)消失后，設(shè)定行走距離，保證定位車準(zhǔn)確落臂到車廂間的連桿上。BANNER 的Q60 系列傳感器的檢測(cè)原理通過(guò)漫反射回來(lái)的光線打在接收板的位置不同計(jì)算被測(cè)物體的距離，判斷后輸出信號(hào)，而不是通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)來(lái)判斷的。

2）翻車機(jī)翻車位置檢測(cè)裝置。由于車型及翻卸工藝不同，因此必須根據(jù)作業(yè)工藝設(shè)置不同的翻車位置檢測(cè)裝置。翻車機(jī)光電開關(guān)型號(hào)為易福門IFM 光電傳感器（OA5108、OA5109），翻車機(jī)的光電開關(guān)為對(duì)發(fā)射式的，一個(gè)為光發(fā)射，一個(gè)為光接收，光發(fā)射的為不可見紅外線光，工作原理如下：光接收裝置感應(yīng)到紅外線遮擋時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的光電耦合器，觸發(fā)晶體管輸出，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，當(dāng)接收到紅外線時(shí)，輸出不變。光接收與光發(fā)射通過(guò)內(nèi)部的對(duì)準(zhǔn)鏡頭進(jìn)行聚焦，對(duì)不準(zhǔn)鏡頭，光接受裝置就沒(méi)有輸出。因此在安裝時(shí)要對(duì)準(zhǔn)鏡頭。翻車機(jī)的進(jìn)出端兩側(cè)安裝的光電開關(guān)，用來(lái)檢測(cè)車廂是否遮擋。

3）定位車鉤頭檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置為接近開關(guān)，接近開關(guān)是非接觸型的物體檢測(cè)裝置，為高頻振蕩型接近開關(guān)，工作原理以高頻電路狀態(tài)的變化為基礎(chǔ)。當(dāng)金屬物體（它相當(dāng)于工作機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的觸塊）進(jìn)入以一定頻率振蕩著的高頻振蕩器的線圈磁場(chǎng)時(shí)，由于金屬物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，致使振蕩電路的電阻增大，能耗增加，結(jié)果導(dǎo)致振蕩減弱，輸出發(fā)生變化，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。定位車通過(guò)接近開關(guān)來(lái)檢測(cè)定位車是否與車廂接車到位。

3 翻車機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)多車型作業(yè)模式，翻車機(jī)控制系統(tǒng)選用的羅克韋爾Allen-Bradley ControlLogix5561 控制器，具體型號(hào)參數(shù)為PLC 型號(hào)：Rslogix5000，CPU 型號(hào)為L(zhǎng)ogix5561，采用FLEXI/O，PLC 和FLEX I/O 之間控制網(wǎng)通訊，采用Controlnet 網(wǎng)絡(luò)和RS-485 通訊。網(wǎng)絡(luò)中的通訊介質(zhì)采用光纖和同軸電纜相結(jié)合，操作箱內(nèi)采用同軸電纜連接，遠(yuǎn)程通訊如相關(guān)節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)和PLC 之間采用光纖通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程集中控制。上位機(jī)采用Rsview32，翻控人員的操作設(shè)備為PV1000 觸摸屏。系統(tǒng)分為翻控室、PLC總站、現(xiàn)場(chǎng)傳感器及執(zhí)行器等機(jī)構(gòu)構(gòu)成。如圖4 所示。

圖4 PLC 控制圖

1）ControlLogix 控制器。采用的羅克韋爾自動(dòng)化有限公司的ControlLogix 系統(tǒng)是繼傳統(tǒng)的可編程序控制器PLC2、PLC5/SLC 之后推出的第三代工業(yè)控制產(chǎn)品，從硬件配置、通訊方式到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有根本性的變化，控制和數(shù)據(jù)傳送概念也完全不同。本系統(tǒng)采用的ControlLogix 控制器，以模塊為基本單位，基于背板ControlBus 的通訊網(wǎng)絡(luò)互換，在通訊上是極為靈活、便利，是整個(gè)作業(yè)模式控制系統(tǒng)的核心，所有設(shè)備的控制運(yùn)行程序都有ControlLogix 控制器判斷、執(zhí)行。

2）上位機(jī)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用的上位機(jī)軟件是羅克韋爾公司的RSView32 軟件，該軟件是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的、可系統(tǒng)化集成的、基于相關(guān)組件的人機(jī)交互（HMI）系統(tǒng)，具有用戶所需要的全部特征和功能，同時(shí)能有效地監(jiān)視并控制設(shè)備和運(yùn)行過(guò)程。它是基于WindowsXP Microsoftware WindowsNT 和Windows95 平臺(tái)設(shè)計(jì)，并且把ActiveX 控制嵌入畫面的人機(jī)交互（HMI）系統(tǒng)軟件包。

系統(tǒng)上位機(jī)軟件通過(guò)Rslinx 組態(tài)軟件，經(jīng)過(guò)ControlNet 網(wǎng)絡(luò)與ControlLogix 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互，該軟件安裝在翻控室操作計(jì)算機(jī)上，通過(guò)該計(jì)算機(jī)翻控人員可以對(duì)翻車機(jī)、定位車和推車機(jī)的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，同時(shí)對(duì)振動(dòng)給料器進(jìn)行相關(guān)參數(shù)輸入和設(shè)定，如變頻器的振動(dòng)頻率，啟動(dòng)/停止等信息。

3）Flex 遠(yuǎn)程I/O。控制網(wǎng)絡(luò)采用Flex 遠(yuǎn)程I/O，是羅克韋爾公司推出的一款用于分布式應(yīng)用的靈活、模塊化的I/O 系統(tǒng)，它具有較大的、基于框架的I/O 系統(tǒng)的所有功能，同時(shí)對(duì)安裝空間要求很小，在使用Flex 遠(yuǎn)程I/O 時(shí)，可以獨(dú)立地選擇I/O 類型和網(wǎng)絡(luò)類型要求，滿足應(yīng)用的需要。本系統(tǒng)采用的正是Flex 遠(yuǎn)程I/O，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和控制繼電器輸出都是通過(guò)它進(jìn)行相關(guān)信息數(shù)據(jù)的采集和相關(guān)動(dòng)作命令的執(zhí)行。

4）用戶操作站。操作臺(tái)手動(dòng)操作按鈕、指示和現(xiàn)場(chǎng)操作箱手動(dòng)操作按鈕、指示都是為了在非全自動(dòng)作業(yè)時(shí)的應(yīng)急操作或檢修操作，其命令通過(guò)安裝在操作臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)接線箱內(nèi)的Flex 遠(yuǎn)程I/O 站點(diǎn)間各個(gè)按鈕發(fā)出的指令，通過(guò)ControlNet 網(wǎng)絡(luò)傳送到ControlLogix 控制器中，然后通過(guò)控制器中編譯好的控制程序發(fā)出相應(yīng)的指令，從而執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。同時(shí)也將設(shè)備的工作或運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)相應(yīng)的指示反饋給現(xiàn)場(chǎng)操作人員，如故障信息、工作運(yùn)行信息等，以方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員做出正確的控制命令和反應(yīng)。

4 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)改造，原有翻車機(jī)功能得到有效擴(kuò)展，適應(yīng)性大大增強(qiáng)。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1）改變了翻車機(jī)只能翻卸單一C64 傳統(tǒng)摘鉤車型模式，既能正常接卸C64 摘鉤車型，又能接卸C70 不摘鉤車型及KM80 底開門車型。2）實(shí)現(xiàn)了翻車機(jī)對(duì)多車型的手動(dòng)操作、人工集中手動(dòng)操作及全自動(dòng)操作三種操作模式。

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［2］嚴(yán)小斌，顧旭防，劉軍勇.PLC 在新鋼公司C 型翻車機(jī)及調(diào)車控制系統(tǒng)上的應(yīng)用［N］.中國(guó)冶金報(bào)，2009-08-25.

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