基于S7-1500 PLC的斗輪機(jī)過載保護(hù)程序設(shè)計(jì)

劉文朝，王 弼，霍志斌，孫 力

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300000）

0 引言

中交一航局安裝工程有限公司承擔(dān)湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司的生產(chǎn)運(yùn)維服務(wù)工作。湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的是DQL1650/4500.40型斗輪堆取料機(jī)，可用于粒度在0～300 mm的散狀物料的堆垛及取料中，是儲料場專用的堆取散狀物料的優(yōu)良設(shè)備，擁有單向堆料、單相取料功能，更具有高效的作業(yè)特點(diǎn)。在取料作業(yè)中，堆取料機(jī)司機(jī)在取料過程中存在取料超載的情況。在實(shí)際取料過程中會存在塌垛等不確定因素，會導(dǎo)致流量突然增大，對設(shè)備造成超載。

為避免長時間超載運(yùn)行，對取料機(jī)控制系統(tǒng)西門子S7-1500 PLC進(jìn)行編程，在超設(shè)計(jì)最大流量時停機(jī)，減少設(shè)備灑漏煤的同時減輕因斗輪超載對設(shè)備造成的傷害。從設(shè)備本身加強(qiáng)保護(hù)，盡可能的做到本質(zhì)安全，從而提高班組的安全管理水平。

1 取料工藝介紹

本機(jī)取料工藝只有一種，即進(jìn)尺回轉(zhuǎn)分層取料，如圖1所示。走行過程中不可以進(jìn)行取料作業(yè)。

圖1 取料方式示意

堆取料機(jī)在取料模式時，主要以回轉(zhuǎn)取料為主進(jìn)行取料作業(yè)。例如：堆高度12 m時，分3層取料，取料高度Hmax=4 m。取料工藝為階梯三層多循環(huán)取料，將斗輪回轉(zhuǎn)到初始位，俯仰到第一層高度（斗輪中心距軌面9.96 m，俯仰角度-0.82°）進(jìn)行第一層循環(huán)“進(jìn)尺—回轉(zhuǎn)—進(jìn)尺”循環(huán)吃料，取料進(jìn)車至一定距離后，形成第一個階梯；然后后退下俯至第二層（斗輪中心距軌面5.96 m，俯仰角度-5.23°）進(jìn)行“進(jìn)尺—回轉(zhuǎn)—進(jìn)尺”循環(huán)吃料；同理完成第三層（斗輪中心距軌面1.96 m，俯仰角度-9.7°）吃料。完成第一次吃料循環(huán)作業(yè)后，前進(jìn)并俯仰升至第一層，堆取料機(jī)進(jìn)入第二次循環(huán)吃料。進(jìn)尺量的計(jì)算值為875 mm。

2 PLC編程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)多年設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過在作業(yè)過程中的監(jiān)控積累經(jīng)驗(yàn)，可以通過對西門子S7-1500 PLC編程從下面兩個方面實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備過載。

2.1 超量報(bào)警

現(xiàn)場堆取料機(jī)設(shè)計(jì)取料額載能力為1650 t/h，滿載運(yùn)行能力為2000 t/h。通過博圖15.1軟件對程序設(shè)計(jì)在堆取料機(jī)取料模式下，流量超1650 t/h持續(xù)時間達(dá)3 s時，上位機(jī)HMI畫面進(jìn)行報(bào)警。通過報(bào)警提醒操作人員控制取料量，防止出現(xiàn)過載情況。PLC編程實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 斗輪機(jī)流量超額定流量報(bào)警和復(fù)位程序

程序段中用到一個OUT_Range值超出范圍指令及TON_TIME接通延時指令，其中“生成接通延時”（Generate ondelay）指令將Q的輸出設(shè)置延時，設(shè)定的時間為PT。當(dāng)接通延時指令輸入的邏輯運(yùn)算結(jié)果從“0”變?yōu)椤?”（信號上升沿）時，啟動延時功能。計(jì)時功能開始啟動，當(dāng)超出設(shè)定時間后，指令輸出端的信號狀態(tài)將變?yōu)椤?”。只要指令的輸入狀態(tài)為“1”不變，指令輸出的狀態(tài)就保持不變。當(dāng)指令輸入信號從“1”變?yōu)椤?”時，指令的輸出狀態(tài)就會變成“0”。指令的輸入端狀態(tài)信號為“1”時，該指令的延時功能將再次啟動?？梢栽贓T輸出查詢當(dāng)前的時間值。該定時器從0 s開始計(jì)時，在達(dá)到預(yù)設(shè)時間后結(jié)束。其中“值超出范圍”指令查詢輸入VAL的值是否超出指定的取值范圍。指令通過預(yù)設(shè)值MIN和MAX來確定取值范圍的限值。“值超出范圍”指令將輸入的值與輸入MIN和MAX的值進(jìn)行比較，如果輸入的值滿足小于最小值或大于最大值的比較條件，則功能框輸出的信號狀態(tài)為“1”。如果指定的REAL數(shù)據(jù)類型的操作數(shù)具有無效值，則功能框輸出的信號狀態(tài)也為“1”。如果輸入的值在預(yù)設(shè)值最大與最小之間時，則功能框輸出返回信號狀態(tài)“0”。該程序段邏輯為在取料模式下，當(dāng)瞬時流量大于MAX值1650并且保持3 s后，線圈M700.6超量報(bào)警得電，超量報(bào)警M700.6常開點(diǎn)動作，故障報(bào)警線圈Q17.4得電并自鎖，司機(jī)室聲光報(bào)警器報(bào)警。司機(jī)可以通過故障復(fù)位按鈕將報(bào)警恢復(fù)。

2.2 超流量停機(jī)

現(xiàn)場堆取料機(jī)設(shè)計(jì)取料模式滿載運(yùn)行能力為2000 t/h,通過博圖15.1軟件對西門子S7-1500 PLC程序設(shè)計(jì)為堆取料機(jī)取料模式時流量超2000 t/h持續(xù)時間達(dá)3 s時程序設(shè)置堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)停、行走停。本程序主要是通過西門子S7-1500 PLC編程，對設(shè)備過載進(jìn)行軟保護(hù)，使設(shè)備不會因長時間過載導(dǎo)致設(shè)備不正常停機(jī)，也可以防止設(shè)備因過載導(dǎo)致大量灑煤，給文明生產(chǎn)帶來壓力。PLC編程實(shí)現(xiàn)如圖3～圖5所示。

圖3 斗輪機(jī)流量超設(shè)計(jì)流量停機(jī)和復(fù)位程序

圖4 斗輪機(jī)流量超設(shè)計(jì)流量?；剞D(zhuǎn)程序

圖5 斗輪機(jī)流量超設(shè)計(jì)流量停行走程序

實(shí)現(xiàn)本功能的4段程序段中OUT_Range值超出范圍指令及TON_TIME接通延時指令上文已做介紹，其中的常見的位邏輯指令中涉及到（S）置位輸出及（R）復(fù)位輸出兩個指令，通過使用“置位輸出”指令，將輸出信號狀態(tài)置位為“1”并保持。其中使用“復(fù)位輸出”指令將指定操作數(shù)的置位線圈信號狀態(tài)復(fù)位為“0”。

該功能實(shí)現(xiàn)的邏輯為在取料模式下，當(dāng)瞬時流量大于MAX值2000并且保持3 s后，線圈M700.7超量停機(jī)得電，并置位為1保持，超量停機(jī)M700.7常開點(diǎn)動作，故障報(bào)警線圈Q17.4得電，司機(jī)室聲光報(bào)警器報(bào)警。在FC(10)回轉(zhuǎn)控制程序塊及FC(11)大車行走控制程序塊中的超量停機(jī)M700.7常閉點(diǎn)動作，此時堆取料機(jī)無法進(jìn)行回轉(zhuǎn)及向前行走的動作。當(dāng)故障報(bào)出后，司機(jī)可以通過故障復(fù)位按鈕將故障及報(bào)警恢復(fù)。

3 設(shè)備本質(zhì)安全

通過對斗輪堆取料機(jī)程序的完善，大大提高了設(shè)備的本質(zhì)安全，減輕因人為誤操作對設(shè)備造成的傷害。通過對西門子S7-1500 PLC程序的修訂，增加程序保護(hù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備超載的控制。在取料模式下能夠根據(jù)取料量大小和持續(xù)時間，自動判斷堆取料機(jī)是否停止取料，防止堆取料機(jī)在取料模式下因取料量過載對設(shè)備造成損害，提高取料機(jī)設(shè)備的本質(zhì)安全。通過對設(shè)備安全性能的提升，也帶動了企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平的提高。通過對西門子S7-1500 PLC的編程，設(shè)備增加流量超量保護(hù)功能，可預(yù)防因設(shè)備在取料模式下長時間超載導(dǎo)致的設(shè)備損壞，減少流程的不正常停機(jī)和故障次數(shù)等。

4 結(jié)束語

中交一航局安裝工程有限公司荊州煤港運(yùn)維服務(wù)部針對湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場取料機(jī)流量過大問題，通過PLC編程增加流量超量保護(hù)功能，提高設(shè)備的安全性能，提高設(shè)備的本質(zhì)安全，通過技術(shù)手段保障班組的安全高效生產(chǎn)。