基于PLC斗輪堆取料機的控制及改進

黃斌

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

隨著現(xiàn)代社會中經(jīng)濟迅速發(fā)展，交易、運輸?shù)裙ぷ餍枨笠苍絹碓酱?，而港口、碼頭及一些制造業(yè)對于物料運輸?shù)囊笠苍絹碓礁?，斗輪堆取料機作為一種大型機械設(shè)備，能夠集約性、高效率地運輸散料，對于工作的效率、質(zhì)量保證和提升都發(fā)揮著重要的作用。而PLC作為斗輪堆取料機的核心控制系統(tǒng)，直接影響著設(shè)備的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、安全性和效率因素，因此，要加強對斗輪堆取料機的控制和改進，基于PLC進行研究是有效方法。本文將從該控制系統(tǒng)本身相關(guān)原理出發(fā)，找出和分析當前PLC控制系統(tǒng)中存在的問題并提出相應(yīng)的優(yōu)化改進措施。

1 斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)概述

1.1 斗輪堆取料機概述

斗輪堆取料機是一種常見的帶式傳送機械，在當前社會經(jīng)濟迅速發(fā)展、運輸需求加大、物料轉(zhuǎn)運工作量大的背景下，其成為物料轉(zhuǎn)運的專用大型機械。根據(jù)結(jié)構(gòu)進行區(qū)分，斗輪堆取料機可以分為兩種，分別是臂式和橋式。相對于傳統(tǒng)的機械組合，斗輪堆取料機本身的組成部分包括傳統(tǒng)斗輪挖掘機、帶式傳輸機等多種物料運輸裝卸機械，其單位時間內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)能力更高，在運輸、轉(zhuǎn)運工作中的工作效率更加顯著。

1.2 PLC控制系統(tǒng)概述

斗輪堆取料機中，運行機構(gòu)是非常重要的，其運行時需要通過介入強電系統(tǒng)。斗輪堆取料機的運行規(guī)模大、工作強度高、工作時間長，因而其所需的控制規(guī)模也很大。PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在斗輪堆取料機運行中的自動化控制，提高機械操作的效率，讓操作人員實現(xiàn)設(shè)備功能的操作以及優(yōu)化。針對機械常用的功能，PLC控制系統(tǒng)中設(shè)計了不同的控制模塊，以此實現(xiàn)對功能和操作的劃分，并且提供基礎(chǔ)，讓機械的操作人員能夠選擇更加合適的功能來應(yīng)對機械設(shè)備的運行環(huán)境。當機械控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，就會導(dǎo)致作業(yè)效率和質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)安全問題，這時，就可以調(diào)節(jié)具體的模塊來幫助操作人員完成任務(wù)。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的控制方式

PLC控制系統(tǒng)的模塊的各自組成部分，主要包括各自的CPU、電源等，并在此基礎(chǔ)上提供斗輪堆取料機運行所需要的必要條件。當斗輪堆取料機整體運動時，機械的動力依靠交流電機來提供；斗輪堆取料機的重要作用在于對物料進行運輸，通過穩(wěn)定的運行來保障工作作業(yè)的完成和效率，而其工作的穩(wěn)定性、安全性，也即對物料輸送過程中的狀態(tài)，要依靠PLC控制系統(tǒng)在接受指令后，通過變頻器來控制機械整體進行；PLC控制系統(tǒng)還通過三相交流電機來控制尾車皮帶的運行，而操作人員也會通過計算來提高運行效率，保持運行荷載范圍安全的同時實現(xiàn)最優(yōu)動力；斗輪堆取料機的斗輪驅(qū)動的控制原理在于，要保證動力在荷載范圍的控制內(nèi)，避免出現(xiàn)超負荷的運轉(zhuǎn)，并且檢查斗輪堆取料機的供電系統(tǒng)穩(wěn)定性情況，避免電流變化以及不穩(wěn)定情況對系統(tǒng)元件有可能造成的損害，同時，還需要留意信號接收方面的問題，這樣的控制原理實際上同尾車皮帶運行控制原理相同。

2 斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)中存在的問題

2.1 抗供電系統(tǒng)波動干擾性較弱

由于各種因素的影響，目前，我國常用的斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)多數(shù)為歐美所出產(chǎn)，其在使用過程中，自身的質(zhì)量較高，運行較為穩(wěn)定，安全性也有所保證。在這樣的背景下，目前，機械作業(yè)、運輸?shù)冗^程中，斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題多數(shù)是由于外部的因素干擾而導(dǎo)致的，例如，運行振動導(dǎo)致的系統(tǒng)連接松動、線路電路問題導(dǎo)致的系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失等，而抗供電系統(tǒng)波動干擾性較弱，是其首要存在的問題。

首先，由于運行的強度大、要求高，斗輪取料機在運行時，需要接入的是強電系統(tǒng)，而在工作環(huán)境下，同一強電系統(tǒng)內(nèi)，不同的大型機械和設(shè)備都會接入，當這些機械和設(shè)備開關(guān)、提速降速時，都會導(dǎo)致電流變化進而影響強電系統(tǒng)內(nèi)的波動，在這個過程中，變頻器等電流交換裝置則會發(fā)出高頻次諧波，會嚴重沖擊設(shè)備的控制系統(tǒng)。其次，部分情況下，電網(wǎng)中會出現(xiàn)短路故障問題，這一故障也會引起電網(wǎng)的波動并干擾PLC系統(tǒng)；最后，斗輪堆取料機的運行本身是需要內(nèi)部多個機構(gòu)同時進行的，也就需要不同的電機共同開展工作，而當啟動電機的時候，電流會發(fā)生瞬間的幅度較大的波動，容易導(dǎo)致PLC系統(tǒng)產(chǎn)生問題。

2.2 抗磁場和感應(yīng)電干擾性不強

斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)的操作，采用的是遠程I/O，數(shù)據(jù)的傳輸、儲存以及對數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，都要依靠遠程站通過總線來連接斗輪機控制系統(tǒng)而進行。而數(shù)據(jù)信號的傳輸穩(wěn)定性和性能就影響了PLC控制系統(tǒng)與遠程站之間的通信質(zhì)量，一方面，由于本身斗輪堆取料機的生產(chǎn)工作環(huán)境較為復(fù)雜，尤其容易產(chǎn)生振動、噪聲等，這些外部環(huán)境因素都會影響數(shù)據(jù)信號的傳輸，而另一方面，變頻器轉(zhuǎn)換不同的轉(zhuǎn)速之間時，會產(chǎn)生諧波，其諧波也會對數(shù)據(jù)信號的傳輸造成嚴重的干擾，導(dǎo)致通信故障，也進一步引發(fā)了斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)問題。

2.3 PLC控制器電路連接不夠穩(wěn)定

斗輪堆取料機本身的工作環(huán)境是較為復(fù)雜且污染較為嚴重的，其中，噪聲、振動以及一部分粉塵污染問題，都容易影響設(shè)備的運轉(zhuǎn)，使連接線路因為振動等原因松脫，或是由于環(huán)境而短路，控制系統(tǒng)的電流運轉(zhuǎn)回路不能正常進行，控制系統(tǒng)本身的工作也就受到了阻礙。此外，強電系統(tǒng)接入的工作下，斗輪堆取料機本身除了由于電流的瞬間波動而容易產(chǎn)生的電器元件損壞問題外，還有可能出現(xiàn)長期性、潛伏性的安全隱患，當瞬間電流變化過多以及強電流通過時間長時，電路的使用壽命就容易縮短，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，這也會引發(fā)安全問題，引起安全故障，對設(shè)備的安全、工作人員的人身安全以及工作作業(yè)進行都是較大的威脅。

3 針對斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)的改進措施

3.1 優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

由于容易受到供電系統(tǒng)波動以及磁場感應(yīng)電的干擾，PLC控制系統(tǒng)容易出現(xiàn)相應(yīng)的故障問題，針對這種問題，優(yōu)化和改進最主要的措施是為控制系統(tǒng)添加隔離裝置，并且更換優(yōu)化線路的材質(zhì)，從而降低相應(yīng)干擾，也提高控制系統(tǒng)中相應(yīng)的抗供電系統(tǒng)波動干擾性、抗磁場和感應(yīng)電干擾性。其中，隔離裝置的添加要注意主要目的是隔離變壓器以及屏蔽電纜，采用380V轉(zhuǎn)220V隔離變壓器，這對于供電系統(tǒng)波動而形成的諧波具有較為明顯有效的過濾作用；屏蔽電纜，對于電磁波在金屬表面形成的渦流能夠起到有效的降低作用，也能夠抵消對控制系統(tǒng)的干擾。而另一方面，優(yōu)化線路材質(zhì)問題，則是針對斗輪堆取料機的總線進行的，線路長、環(huán)境干擾多且干擾強度較高、線路數(shù)據(jù)能量傳輸速度問題等因素，綜合影響了斗輪取料機對于線路的要求，而普通的電纜相較于光纜，對設(shè)備的需求滿足較為不到位，因此，可以采取光纜更換來降低長距離傳輸帶來的消耗以及干擾等，加強PLC控制系統(tǒng)的工作環(huán)境質(zhì)量。

3.2 通過冗余技術(shù)優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)

冗余技術(shù)能夠協(xié)調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，提高其運行效率和穩(wěn)定性，具體來說，其實，通過為系統(tǒng)配置兩套及以上功能相同的設(shè)備來實現(xiàn)的，這實際上相當于設(shè)置了一套乃至多套備用系統(tǒng)，當出現(xiàn)問題時，能夠及時進行協(xié)調(diào)，從而提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，更好地應(yīng)對故障，加強容錯率。對于優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)，冗余技術(shù)是有效手段，當數(shù)據(jù)同步過程中發(fā)生了設(shè)備故障時，通過這一技術(shù)能夠提供備用軟件程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或是控制系統(tǒng)的瞬時切換，從而提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全性。

3.3 加強運行維護工作

除了對故障問題進行基礎(chǔ)的處理以及優(yōu)化改進外，定期的運行維護工作也是非常重要的，通過按期合理的運維，能夠提前檢測出設(shè)備的安全隱患、故障隱患，提前制定好應(yīng)對方法，及時處理各種故障，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。對斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)的運行和維護，也是技術(shù)人員所要認真重視的。首先，要對線路進行按期的檢測，對其安全性能、線路強度等都嚴格檢查，提前發(fā)現(xiàn)線路老化問題等，避免電氣消防安全事故的發(fā)生；其次，對斗輪堆取料機的電氣回路要進行按時檢查，確?；芈纷匀涣魍?。要預(yù)防和處理開關(guān)部分短路現(xiàn)象、設(shè)備線路連接松動情況、信號傳感器干擾情況等，保障PLC控制系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

斗輪堆取料機在當前的市場中重要性不言而喻，其關(guān)系到物料轉(zhuǎn)運作業(yè)的效率，而PLC控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，則是斗輪堆取料機正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，因此，針對其出現(xiàn)的問題，應(yīng)當通過一定的優(yōu)化改進措施進行完善，并做好運行維護工作，保障運輸作業(yè)的順利進行。