淺談圓形料場的電氣控制系統(tǒng)

武海虹

（太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

長期以來開放式儲料場，特別是污染性大的物料對周邊地區(qū)的環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，先進(jìn)環(huán)保的全封閉式圓形煤場及其設(shè)備已得到人們的廣泛重視，全封閉式圓形料場在周邊地區(qū)的環(huán)境保護(hù)發(fā)揮越來越重要的作用。

圓形料場中的物料由圓拱球冠形鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋和環(huán)形筋板式鋼筋混凝土擋料墻將其封閉起來，輸送棧橋及轉(zhuǎn)運(yùn)站也用彩鋼板封閉起來，這樣就能夠保證物料在運(yùn)輸和堆放過程中始終處于全封閉狀態(tài)，較好地解決了儲料場對其周圍環(huán)境的污染問題。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

圓形料場主要由料倉、進(jìn)出料系統(tǒng)、堆料機(jī)、取料機(jī)和中心立柱五部分組成，取料和堆料作業(yè)時具備兩個層次分明的堆料回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和取料回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使懸臂料機(jī)和取料機(jī)形成兩套互不干涉、相對獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，實現(xiàn)同時進(jìn)行堆料和取料作業(yè)（見圖1）。懸臂堆料機(jī)由皮帶堆料機(jī)和進(jìn)料帶式輸送機(jī)組成。取料機(jī)由刮板取料機(jī)、中心錐形料斗、出料帶式輸送機(jī)組成。進(jìn)料皮帶鋼結(jié)構(gòu)棧橋的終端跨在圓形堆取料機(jī)的中心立柱的頂部；取料刮板機(jī)是由橫跨在圓形料場的半門架結(jié)構(gòu)所支撐，這種取料機(jī)也稱門架式取料機(jī)，門架的另外一端支撐在安裝于圓形料場的擋墻上部的圓周軌道上，通過臺車組實現(xiàn)驅(qū)動回轉(zhuǎn)，因此，門架式取料機(jī)可通過取料回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞著中心立柱做定心旋轉(zhuǎn)。

圖1 圓形料場機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

2 工作原理

2.1 堆料機(jī)工作原理

堆料機(jī)回轉(zhuǎn)到預(yù)堆料的料倉區(qū)域，調(diào)整堆料機(jī)俯仰角度至最低位置，并開始按要求進(jìn)行定點堆料。物料由頂部棧橋上的入料膠帶機(jī)運(yùn)進(jìn)料倉并通過落料抖落到堆料機(jī)懸臂膠帶上，并由懸臂頭部卸料。

堆料時堆料機(jī)在一點開始堆積物料，隨著物料堆積高度的增加，不斷調(diào)整俯仰角度，直到逐步將物料堆到預(yù)定高度，形成一個圓錐體，然后堆料臂回轉(zhuǎn)一定角度后，繼續(xù)堆料，料堆達(dá)到預(yù)定高度后繼續(xù)回轉(zhuǎn)設(shè)定的角度堆料，如此往復(fù)，直至將預(yù)定堆料區(qū)域堆滿或接到停機(jī)（調(diào)車）指令后停車（調(diào)車）。

2.2 取料機(jī)工作原理

取料機(jī)在料堆另一側(cè)進(jìn)行取料作業(yè)，首先運(yùn)行到指定取料區(qū)域，然后通過變幅機(jī)構(gòu)將取料臂降到料面上并深入料堆的一個預(yù)定深度進(jìn)行取料，取料的同時門架和取料臂按設(shè)定的行走速度向一個方向（如順時針）進(jìn)行回轉(zhuǎn)，直至將預(yù)定角度內(nèi)的一層物料全部取凈。取料臂每取完一層物料后，按預(yù)置的指令下降相應(yīng)的角度（即相應(yīng)的取料深度）繼續(xù)取料，同時取料臂向另一個方向（如逆時針）回轉(zhuǎn)，如此反復(fù)，將該區(qū)域內(nèi)物料逐層取出，除非取料過程中有特殊調(diào)車指令，否則直至該區(qū)域的物料全部取凈后才將取料臂升到39°，更換取料區(qū)域。

3 控制方式

圓形料場的堆取料機(jī)整體電氣控制系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC）和人機(jī)界面（工控機(jī)）做整機(jī)的主控單元，進(jìn)行整機(jī)各部分的集中控制，協(xié)調(diào)整機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)過程，同時，工控機(jī)可以監(jiān)控全機(jī)的運(yùn)作情況以及故障狀態(tài)，并做出相應(yīng)的處理和報警（如圖2所示）。

圖2 圓形料場控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

3.1 堆料機(jī)控制

堆料皮帶的驅(qū)動裝置采用電機(jī)軟起動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置采用變頻器驅(qū)動；俯仰機(jī)構(gòu)采用液壓缸驅(qū)動方式。

3.2 取料控制

取料刮板的驅(qū)動裝置采用電機(jī)軟起動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置采用變頻器驅(qū)動；取料機(jī)變幅驅(qū)動裝置采用變頻器驅(qū)動。

4 操作方式

4.1 手動操作模式

在司機(jī)室的操作臺及工控機(jī)上完成，主要作用是完成堆取料機(jī)各部分的手動操作，堆取料機(jī)各部分之間設(shè)有安全可靠的聯(lián)鎖。

4.2 PLC半自動操作

操作人員只需根據(jù)中控室指令，將堆料或取料作業(yè)的作業(yè)地點、作業(yè)距離等參數(shù)輸入到PLC里，并得到PLC確認(rèn)后，按啟動按鈕，PLC即可根據(jù)上述作業(yè)參數(shù)對設(shè)備進(jìn)行自動控制，完成堆料或取料作業(yè)。各機(jī)構(gòu)除必要的保護(hù)外，機(jī)構(gòu)之間還設(shè)有聯(lián)鎖，以保證設(shè)備的安全。

4.3 機(jī)旁就地操作

為方便各機(jī)構(gòu)調(diào)試和檢修，在主要機(jī)構(gòu)附近設(shè)置就地操作箱，主要用來控制各部分機(jī)構(gòu)的點動操作，各機(jī)構(gòu)動作時無聯(lián)鎖關(guān)系，操作時，必須做好安全措施。

5 機(jī)構(gòu)動作流程控制

1）開啟堆取料機(jī)主電機(jī)電源。

2）開啟堆料機(jī)回轉(zhuǎn)功能，將堆料機(jī)回轉(zhuǎn)至堆料位置。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)有四個限位，左右兩個方向的限位及極限限位。當(dāng)回轉(zhuǎn)達(dá)到限位時報警，達(dá)到極限限位時，自動停止回轉(zhuǎn)動作。

3）操作俯仰裝置，將堆料機(jī)俯仰至所需堆料角度，俯仰機(jī)構(gòu)同樣設(shè)置限位以及極限限位。

4）開啟堆料皮帶功能，同時開啟進(jìn)料皮帶，并打開抑塵系統(tǒng)。皮帶機(jī)設(shè)有拉線、跑偏、速度檢測、物料檢測等檢測開關(guān)，用于保證皮帶機(jī)的安全運(yùn)行及對故障進(jìn)行報警。

5）隨著堆料運(yùn)作過程的進(jìn)行，俯仰油缸驅(qū)動堆料機(jī)進(jìn)行俯仰操作以調(diào)整堆料高度，滿足堆料高度的需要。

6）在堆料機(jī)工作的同時，開啟刮板取料機(jī)行走（回轉(zhuǎn)）裝置，將取料機(jī)移動到需要取料的位置。

7）通過變幅機(jī)構(gòu)調(diào)整取料機(jī)的高度，將取料機(jī)降至料面上并深入料堆的一個預(yù)定深度。

8）先開啟刮板取料機(jī)的刮板機(jī)，再開啟行走（回轉(zhuǎn)）裝置帶動取料機(jī)在環(huán)形軌道上移動，通過調(diào)節(jié)行（回轉(zhuǎn)）走裝置的移動速度以滿足不同取料量的需要。刮板取料機(jī)上設(shè)有高低位物料檢測開關(guān)，以控制取料機(jī)的回轉(zhuǎn)及俯仰。

9）在開啟刮板取料機(jī)的同時，啟動下部出料皮帶機(jī)將所取物料輸送至轉(zhuǎn)運(yùn)站。

10）刮板取料機(jī)與出料皮帶機(jī)之間安裝有活化給料機(jī)，可將取料機(jī)所取煤料定量散落在出料皮帶機(jī)上，防止物料集中將皮帶機(jī)壓死。

11）當(dāng)堆料結(jié)束后，先將入料皮帶機(jī)停止，然后再停止堆料皮帶機(jī)。

12）當(dāng)取料結(jié)束后，將取料機(jī)通過變幅機(jī)構(gòu)提升至最大角度，便于對取料機(jī)的回轉(zhuǎn)移動。

13）完成以上操作，可進(jìn)行下一次堆料或取料，重復(fù)上述步驟。

6 聯(lián)鎖系統(tǒng)

1）堆料膠帶機(jī)與入料皮帶機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖，保證當(dāng)入料皮帶機(jī)啟動時，堆料皮帶機(jī)處于工作狀態(tài)。

2）堆料膠帶機(jī)與抑塵系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖，保證當(dāng)堆料膠帶機(jī)工作時，抑塵系統(tǒng)處于開啟狀態(tài)。

3）堆料膠帶機(jī)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)堆料膠帶機(jī)工作時，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不能啟動。

4）堆料膠帶機(jī)與刮板取料機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)堆料膠帶機(jī)處于部分工作范圍狀態(tài)時，刮板取料機(jī)的行走裝置應(yīng)保證取料機(jī)與堆料機(jī)之間的安全距離，防止發(fā)生碰撞。

5）刮板取料機(jī)與行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)處于調(diào)車狀態(tài)時，刮板取料機(jī)應(yīng)處于上仰最大狀態(tài)，防止與物料發(fā)生碰撞。

6）變幅機(jī)構(gòu)與行走（回轉(zhuǎn)）機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖，在變幅機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，行走（回轉(zhuǎn)）機(jī)構(gòu)不能啟動。同時行走機(jī)構(gòu)工作時，變幅機(jī)構(gòu)不能啟動。

7）堆料機(jī)與取料機(jī)之間應(yīng)設(shè)置有安全角度，防止發(fā)生碰撞。

8）堆料機(jī)與取料機(jī)分別設(shè)有物料檢測裝置，防止與物料發(fā)生碰撞。

7 結(jié)語

圓形堆料場整體采用了PLC及工業(yè)級工控機(jī)兩級控制系統(tǒng)，全面提升設(shè)備的自動化控制水平，減少維護(hù)及操作人員，大幅度減低生產(chǎn)運(yùn)行及維護(hù)成本，大大提高了整個物料輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和設(shè)備的安全可靠性能。