PLC在斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬俊峰+周靖皓

摘要斗輪堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)中廣泛應(yīng)用的自動(dòng)化設(shè)備，目前主要應(yīng)用于冶金、發(fā)電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲(chǔ)料場(chǎng)的堆取作業(yè)中。根據(jù)斗輪堆取料機(jī)的工作過(guò)程和主要工藝流程，對(duì)它的自動(dòng)化控制進(jìn)行了全方位的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)配備功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)、緊急保護(hù)系統(tǒng)等功能。設(shè)計(jì)了以PLC為控制核心，并配備參數(shù)預(yù)置人機(jī)界面等單元組成的控制系統(tǒng)組件。經(jīng)過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、操控簡(jiǎn)便、達(dá)到要求。同時(shí)，顯著地提高了斗輪機(jī)的工作效率，為真正自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞PLC；控制系統(tǒng)；斗輪堆取料機(jī)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及社會(huì)的不斷進(jìn)步，不同領(lǐng)域的自動(dòng)化水平均在不斷提高，同時(shí)，質(zhì)量也在不斷提高。從工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，控制主要從繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等發(fā)展過(guò)程。傳統(tǒng)的繼電器控制和接觸器等控制的大多數(shù)是開關(guān)量信號(hào)，而且是順序控制，這類控制系統(tǒng)只能在一定的限制范圍內(nèi)應(yīng)用。除此之外，由于此類控制系統(tǒng)具有大量觸點(diǎn)裝置，所以在使用的過(guò)程中具有壽命短，可靠性差等特點(diǎn)，并且不可隨意更改控制功能。

而半導(dǎo)體邏輯電路的出現(xiàn)，可以通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入輸出的方式對(duì)各種類型的機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。盡管這樣的控制系統(tǒng)基本滿足自動(dòng)控制的要求，但是對(duì)于有許多輸入輸出口組成的控制系統(tǒng)就不能進(jìn)行有效的控制。為了解決這一問(wèn)題，PLC控制系統(tǒng)橫空出世，并以其成本低、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)等特點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1PLC控制系統(tǒng)

PLC作為離散控制的首選產(chǎn)品，在二十世紀(jì)的八九十年代得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著工廠自動(dòng)化程度的提高，近年來(lái)在我國(guó)PLC增長(zhǎng)非常迅速，并且在自動(dòng)化領(lǐng)域占有非常重要的位置，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中具有更好的穩(wěn)定性以及較高的可靠性。對(duì)于相同I/0點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用PLC控制系統(tǒng)比DCS系統(tǒng)的成本大約的低40%左右。主要原因在于PLC控制系統(tǒng)沒有專用的操作站，可以實(shí)現(xiàn)軟件及硬件的通用，因而其維護(hù)成本較低。除此之外，一個(gè)PLC控制器，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可以接收幾千個(gè)I/0點(diǎn)，因而若被控對(duì)象為設(shè)備連鎖，且回路不多，則適合采用PLC控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)企業(yè)管理信息系統(tǒng)方面，由于PLC控制系統(tǒng)采用的是通用監(jiān)控軟件，因而應(yīng)用PLC更加方便。

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是控制器的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。要設(shè)計(jì)好PLC控制系統(tǒng)，最重要的是充分了解被控對(duì)象的屬性與它的特性，主要包括生產(chǎn)工藝、工作環(huán)境、技術(shù)條件及控制的要求等信息。利用PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要提高了焊接設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠性，減少了生產(chǎn)線因受外界干擾而出現(xiàn)的控制失效現(xiàn)象，目前各大企業(yè)工廠都使用PLC控制系統(tǒng)。在本研究的斗輪堆取料機(jī)的過(guò)程中，選擇PLC作為控制核心的原因包括：1）具有較高的可靠性與較強(qiáng)的控制功能；2）編程較為簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；3）可將數(shù)據(jù)直接上傳到管理計(jì)算機(jī)，便于監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；4）具有非常靈活的擴(kuò)展能力，能與觸摸屏、變頻器等連接，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊；5）能夠適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，具備較強(qiáng)的抗干擾能力，是很好的工控器件。

2斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC的配置中，采用了模塊化和積木式組合構(gòu)成的斗輪堆取料電氣控制系統(tǒng)。以S7-300CPU為控制核心，并配備觸摸屏、通訊模塊組成整個(gè)控制系統(tǒng)。斗輪堆取料機(jī)的各機(jī)構(gòu)的控制部分均處于PLC的控制下，順序完成PLC編寫的程序，如遇到緊急情況，PLC利用外部來(lái)的中斷進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)。

在斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)中，PLC軟件和硬件都使用模塊化，有整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。其系統(tǒng)配置見圖1。

上述各個(gè)模塊的正常執(zhí)行關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。機(jī)械設(shè)備的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)、控制儀表指示和控制操作的所有指示在人機(jī)界面中可以設(shè)定，設(shè)定的參數(shù)可以經(jīng)過(guò)RS-485傳輸?shù)絇LC的核心配置中。此款PLC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模塊化和積木式組合構(gòu)成斗輪堆取料電氣控制系統(tǒng)。它具有PLC控制系統(tǒng)的全部特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)控制系統(tǒng)中具有較強(qiáng)實(shí)用性的一套控制系統(tǒng)，可以完成和實(shí)現(xiàn)斗輪堆取料機(jī)的所有動(dòng)作過(guò)程，進(jìn)而滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)際需要。

3斗輪堆取料機(jī)的PLC控制部分

斗輪堆取料機(jī)的PLC控制是完成整個(gè)自動(dòng)化工藝流程的關(guān)鍵控制部分，主要包括堆料程序控制、取料程序控制、信號(hào)儀表指示監(jiān)控、位置信號(hào)監(jiān)控以及行走速度控制程序等?，F(xiàn)對(duì)PLC的關(guān)鍵控制部分進(jìn)行如下分析。

第一，堆料、取料程序控制。在堆料PLC半自動(dòng)控制程序中，通過(guò)可編程終端畫面上的堆料控制參數(shù)設(shè)定，其設(shè)定的參數(shù)傳遞給邏輯控制器核心PLC，給系統(tǒng)發(fā)出斗輪堆料作業(yè)信號(hào)，同時(shí)編碼器記錄行走距離和旋轉(zhuǎn)角度。

第二，位置信號(hào)檢測(cè)程序。信號(hào)、儀表指示監(jiān)控主要是PLC控制西醫(yī)與電壓互感器可編程終端之間的通訊實(shí)現(xiàn)，并且組成可編程序終端輔助監(jiān)控的斗輪堆取料機(jī)操作系統(tǒng)。最終將其得到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)RS-485傳遞到監(jiān)控界面，時(shí)刻監(jiān)控程序的進(jìn)行。

第三，驅(qū)動(dòng)控制程序。該控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電纜卷筒驅(qū)動(dòng)、傳送帶驅(qū)動(dòng)、斗輪上升、下降驅(qū)動(dòng)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)等構(gòu)成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要滿足慢速行走工作、快速行走調(diào)車的要求。主回路設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)。電纜卷筒驅(qū)動(dòng)，用自動(dòng)空氣開關(guān)作短路保護(hù)，熱繼電器作過(guò)載保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可以利用急停或者程序內(nèi)部保護(hù)，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，提高安全性和穩(wěn)定性?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要由操縱臺(tái)開關(guān)進(jìn)行控制，利用模擬電壓信號(hào)的電位器調(diào)速：模擬輸入端上電壓人工給定，可以實(shí)時(shí)控制回轉(zhuǎn)的速度。

4結(jié)論

本文研究并探討一種基于PLC控制系統(tǒng)為主的控制核心，并結(jié)合觸摸屏的堆取料自動(dòng)成型設(shè)備控制系統(tǒng)。采用可視化的人機(jī)交互系統(tǒng)，成型工藝參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，各個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)過(guò)程顯示較為直觀。該控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用有效地提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平，顯著地改善了傳統(tǒng)手動(dòng)操作的復(fù)雜性。在不同成型工藝參數(shù)的設(shè)置與選擇上，顯著地減輕了工人的操作難度與勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了生產(chǎn)環(huán)境和效率，質(zhì)量也得到保障，自動(dòng)化意義得到真正的實(shí)現(xiàn)。