功率匹配技術(shù)在噴漿機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

賈貴青 劉剛

摘 要：在濕式噴漿機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，功率匹配技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在液壓系統(tǒng)中閉式泵和開式泵共同作用過程中，全功率匹配的控制策略就起到了更為重要的作用。全功率匹配技術(shù)能有效的將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率實(shí)時(shí)的分配到閉式泵和開式泵的工作系統(tǒng)當(dāng)中。全功率匹配技術(shù)將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率進(jìn)行了合理的利用和分配。在保證了噴漿機(jī)作業(yè)過程中安全性、穩(wěn)定性和有效性的同時(shí)，也避免了由于過載造成發(fā)動(dòng)機(jī)處于不利的工作狀態(tài)。既保證了設(shè)備的正常運(yùn)行也保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電氣控制;PLC;功率匹配;噴漿機(jī)

0 引言

隧道經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸也在快速的發(fā)展。目前我國(guó)已經(jīng)進(jìn)去大規(guī)模交通道路建設(shè)階段，隨著西部大開發(fā)、一帶一路的建設(shè)，隧道工程也在快速建設(shè)中。為了加快隧道工程的建設(shè)，必須提高機(jī)械化施工技術(shù)，。整體式混凝土噴射機(jī)組一種適用于隧道、道路護(hù)坡、建筑基坑、地下工程臨時(shí)及永久支護(hù)的整體式混凝土噴射機(jī)組，是利用壓縮空氣或其他動(dòng)力將按一定比例配比的水泥、沙子、石子和速凝劑的拌合物，通過管路壓送到噴嘴處，以較高的速度噴射到受噴面上，凝結(jié)硬化后在受噴面上形成支護(hù)層。整體式混凝土噴漿機(jī)組減少了粉塵濃度，消除對(duì)施工人員健康的危害，降低混凝土的回彈率，改善了噴射混凝土的品質(zhì)，增加了混凝土的勻質(zhì)性，提高了工作效率。

1 噴漿機(jī)電氣控制對(duì)象分析

噴漿機(jī)從整體組織結(jié)構(gòu)來講可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等三個(gè)大部分，液壓系統(tǒng)中配置的各種電控部件是電氣控制的對(duì)象。

功率匹配技術(shù)的控制對(duì)象主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式泵和開式泵和電磁閥等，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，把發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率合理的分配到液壓系統(tǒng)的泵或閥等控制對(duì)象上。

功率匹配就是把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與液壓閉式泵和開式泵吸收功率之間進(jìn)行合理的匹配。在保證了噴漿機(jī)作業(yè)過程中安全性、穩(wěn)定性和有效性的同時(shí)，也避免了由于過載造成發(fā)動(dòng)機(jī)處于不利的工作狀態(tài)。既保證了設(shè)備的正常運(yùn)行也保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

2 電氣控制系統(tǒng)介紹

2.1 電氣控制硬件組成

采用德國(guó)ifml公司提供的工業(yè)車載PLC控制器，該控制器是一種集可編程邏輯控制器、比例放大器、模擬量輸入A/D模塊、繼電器輸出等功能于一身的高性能控制器，豐富的輸入輸出口：DI開關(guān)量輸入、AV電壓（0～10V）輸入、AI電流（4～20mA）輸入、FRQ頻率輸入、DO開關(guān)量輸出、PWM脈寬調(diào)制輸出和H-Bridge輸出等，并且配置了有四個(gè)CAN總線接口，用戶可以根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行自由的配置輸入輸出口以滿足系統(tǒng)的控制要求。

電氣控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-BUS通訊協(xié)議基于PLC控制器來實(shí)現(xiàn)，主要硬件包括控制器、顯示器、發(fā)動(dòng)機(jī)RPM控制踏板、發(fā)動(dòng)機(jī)ECM控制器、閉式泵控制比例閥和開式泵控制等，其中控制器之間、控制器和顯示器之間、控制器和ECM之間都是通過CAN-BUS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2.2 控制軟件介紹

控制軟件是以IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)開發(fā)的Codesys2.3，CoDeSys是可編程邏輯控制PLC的完整開發(fā)環(huán)境，在PLC程序員編程時(shí)，CoDeSys為強(qiáng)大的IEC語(yǔ)言提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，系統(tǒng)的編輯器和調(diào)試器的功能是建立在高級(jí)編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)上。軟件中有5種編程語(yǔ)言，包括IL指令表、ST結(jié)構(gòu)化文本、LD梯形圖、FBD功能塊圖和SFC順序功能圖等。在一個(gè)包含多個(gè)子程序的文件中，不同的子程序允許用不同的編程語(yǔ)言編寫程序代碼。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一般的軟件模型，包括程序、任務(wù)、功能塊、資源和配置等幾個(gè)部分，而根據(jù)不同的通訊要求，標(biāo)準(zhǔn)又規(guī)定了內(nèi)部通訊、局變量通訊、外部變量通訊和使用存取路徑通訊等四種通訊模型。

3 功率匹配技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 開式系統(tǒng)的控制策略

一般情況下，開式系統(tǒng)中配置的變量泵均為負(fù)載敏感控制泵，變量泵的排量由負(fù)載決定，受控于從控制閥反饋回來的LS壓力。在此，為了進(jìn)一步確定該變量泵在其工作過程中消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率P1，在變量泵的高壓油口安裝了一個(gè)壓力傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開式變量系統(tǒng)的工作壓力Δp1。在一定范圍內(nèi)，各個(gè)動(dòng)作控制閥的流量總和即為當(dāng)前變量泵的供油量Q1。所以，PLC電氣控制參數(shù)將控制各個(gè)控制閥的最大流通量總和不大于變量泵自身的最大供油量，進(jìn)而保證計(jì)算過程中變量泵供油量Q1的有效性。

通過PLC控制器根據(jù)當(dāng)前工作壓力Δp1的變化實(shí)時(shí)調(diào)整控制閥的流量總和Q1，就可以將該變量泵消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率P1控制在可允許的范圍之內(nèi)。

3.2 閉式變量系統(tǒng)的控制策略

本文涉及到的閉式變量泵的排量是由電比例閥控制的，泵的排量輸出由電比例閥的閉合度決定。因此可根據(jù)PLC控制器輸出的控制電比例閥的電流信號(hào)來推斷出當(dāng)前該泵的大概輸出排量Vq，由安裝在管路上的壓力傳感器提供壓力Δp2。

當(dāng)負(fù)載變化，即閉式泵的工作壓力Δp2發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)電比例閥來實(shí)時(shí)調(diào)整閉式泵的排量Vq，可使閉式泵消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P2穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。

根據(jù)開式變量系統(tǒng)的控制和閉式變量系統(tǒng)的控制分析可知，如果各自分配的功率一定，則系統(tǒng)的工作壓力與泵的供油量在一定范圍內(nèi)呈雙曲線關(guān)系。也就是說，當(dāng)工作壓力很大時(shí)，泵的供油量會(huì)很小，設(shè)備因動(dòng)力不足而停止工作，為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，通過PLC控制程序可為不同的工作泵設(shè)置功率消耗優(yōu)先級(jí)，重新分配各個(gè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗的占比關(guān)系，達(dá)到功率匹配過程中各種動(dòng)作之間協(xié)同控制的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓閉式泵、開式泵等三者之間的功率匹配關(guān)系，進(jìn)行了基于PLC控制器的相應(yīng)控制策略的分析，該控制策略不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率被利用的有效性，而且也保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)由于過載而導(dǎo)致?lián)p壞的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志男，賈強(qiáng)樂.基于PLC全功率匹配技術(shù)在平板車電氣控制策略中的實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)科技縱橫，2013（09）：41.

[2]張盛楠，張鵬，楊純等.最佳匹配變功率匹配技術(shù)的應(yīng)用[J].工程機(jī)械與維修，2013，000（011）：108.