淺談側(cè)式懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110027）

淺談側(cè)式懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

劉 可

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110027）

側(cè)式懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計主要是通過PLC的數(shù)據(jù)和邏輯運(yùn)算來發(fā)出和接受控制指令，從而完成堆料機(jī)的堆料工作。

PLC；以太網(wǎng)通訊；DeveiceNet通訊；觸摸屏；編碼器；變頻器；回饋單元；無線通訊；冗余

1 概述

側(cè)式懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)包括懸臂，來料車及大車行走等機(jī)構(gòu)組成，具有懸臂俯仰及大車行走、連續(xù)進(jìn)行人字形堆料的功能，各機(jī)構(gòu)可單獨(dú)或聯(lián)合動作，主要應(yīng)用于兩個相鄰的長形料場的堆料，堆料能力大及堆料均勻是理想的堆料設(shè)備，本項目中的回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的電氣控制室包括司機(jī)室和配電室，配電室設(shè)有電控柜，司機(jī)室固定在來料車上，司機(jī)室里設(shè)有電控柜和操作臺。

2 控制方式

側(cè)式懸臂回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的控制方式是三種方式，分別是自動控制方式、手動控制方式和現(xiàn)場維修控制方式，自動控制方式包含中控室自動控制和機(jī)上自動控制，控制方式的選擇開關(guān)設(shè)置在司機(jī)室的操作臺上，三種控制方式具有互鎖性，當(dāng)選擇其中一種控制方式時，其他操作方式均無效。

2.1 自動控制方式∶在回轉(zhuǎn)堆料機(jī)備妥和允許啟動的情況下，由中控室或堆料機(jī)操作臺上的按鈕進(jìn)行啟動和停止操作實現(xiàn)自動控制，所有的設(shè)備會按照設(shè)計好的自動堆料程序順序啟動和停止。

2.2 手動控制方式∶當(dāng)通過操作臺上的選擇開關(guān)選擇了手動控制時，設(shè)備的各個驅(qū)動動作的內(nèi)部聯(lián)鎖解除，每個驅(qū)動動作都需要操作人員通過司機(jī)室里的操作臺上的按鈕和觸摸屏上的按鍵來完成。

2.3 現(xiàn)場維修控制方式∶通過操作位于現(xiàn)場的按鈕站來啟動和停止各個驅(qū)動，從而為設(shè)備的保養(yǎng)和檢修提供了方便。

3 變頻器與回饋單元

∶近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路的發(fā)展和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，變頻調(diào)速越來越被工業(yè)上所采用，通過對變頻器參數(shù)的設(shè)定，可以使交流電機(jī)工作在需要的理想狀態(tài)下，這個過程涵蓋電機(jī)的啟動、加速、勻速、減速、停止的各個過程，同時還會對電機(jī)的過載、電源的故障、本身的故障進(jìn)行判斷，并反饋給PLC故障信號，同時還會記錄以往的數(shù)次故障信息，以供檢修調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)問題，并及時修正。

3.1 為了保證回轉(zhuǎn)堆料機(jī)在每一層布料的均勻性，行走的驅(qū)動是采用變頻器驅(qū)動，設(shè)置了兩個行走速度，逆料流行駛時的速度和順料流行駛時的速度。

3.2 為了保證回轉(zhuǎn)堆料機(jī)在回轉(zhuǎn)工作中，電機(jī)能平穩(wěn)地運(yùn)行和停止，回轉(zhuǎn)的驅(qū)動采用變頻器驅(qū)動 。

3.3 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的降速和停機(jī)的過程中，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，為了變頻器的安全穩(wěn)定性，變頻器配接了回饋單元，將電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時所產(chǎn)生的能量通過回饋單元反饋到電網(wǎng)。

4 限位開關(guān)

限位開關(guān)分工作限位開關(guān)和極限限位開關(guān)，限位開關(guān)的主要用途是對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并反饋給PLC信號，從而PLC做出相應(yīng)的操作指令。

4.1 回轉(zhuǎn)限位開關(guān)∶懸臂回轉(zhuǎn)設(shè)置了四個限位開關(guān)，其中兩個回轉(zhuǎn)極限開關(guān)和兩個回轉(zhuǎn)工作開關(guān)，當(dāng)回轉(zhuǎn)時首先會觸動工作開關(guān)，此時回轉(zhuǎn)停止，一旦工作開關(guān)發(fā)生故障時，會觸動極限開關(guān)，此時會向反方向回轉(zhuǎn)。

4.2 行走限位開關(guān)∶行走限位開關(guān)設(shè)置了四個限位開關(guān)，其中兩個行走極限開關(guān)和兩個行走工作開關(guān)，當(dāng)堆料機(jī)正常堆料時是在兩個工作開關(guān)之間反復(fù)堆料，當(dāng)極限開關(guān)動作時行走停止同時其他的驅(qū)動停機(jī)。

4.3 懸臂俯仰限位開關(guān)∶在懸臂俯仰設(shè)置了三個限位開關(guān)，懸臂上極限開關(guān)、懸臂下極限開關(guān)和懸臂堆滿開關(guān)。

5 物料檢測

料位計：在懸臂前端配置兩個物料探測計，一個長的和一個短的，長的料位計用于工作，隨著堆料機(jī)一邊往復(fù)行走，一邊堆積物料，料堆逐漸升高，當(dāng)懸臂靠近料堆時，料位計向PLC發(fā)出信號，PLC發(fā)出指令啟動變幅液壓系統(tǒng)，抬高懸臂到設(shè)定的高度，繼續(xù)堆料工作，短的料位計用于報警停機(jī)。

6 編碼器

是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號的傳感器

6.1 行走編碼器∶定位堆料機(jī)在料場的位置

6.2 懸臂俯仰旋轉(zhuǎn)編碼器∶編碼器的脈沖信號進(jìn)入到PLC系統(tǒng)，經(jīng)過PLC的邏輯指令，能運(yùn)算出布料的每一層懸臂上升的角度。

7 PLC系統(tǒng)

本項目中的回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的PLC選擇了AB公司的1756系列的產(chǎn)品，CPU選用1756-L71產(chǎn)品，采用用以太網(wǎng)通訊，設(shè)置司機(jī)室的PLC系統(tǒng)為主站，配電室的PLC系統(tǒng)為從站。

7.1 冗余系統(tǒng)∶冗余系統(tǒng)的設(shè)計目的是防止由于故障或斷電引起的PLC程序的中斷，為了保證PLC程序的完整性和連續(xù)性，本項目中的回轉(zhuǎn)堆料機(jī)設(shè)計了電源冗余系統(tǒng)和CPU冗余系統(tǒng)，冗余系統(tǒng)需要在PLC主站上設(shè)計兩個單獨(dú)獨(dú)立的機(jī)架，在適配器模塊后面再分別放置一個CPU模塊、一個以太網(wǎng)模塊和一個冗余模塊，通過一根冗余電纜把兩個機(jī)架上的冗余模塊連接起來，就構(gòu)成了CPU冗余系統(tǒng)。

7.2 以太網(wǎng)通訊∶和DeviceNet通訊相比較，以太網(wǎng)通訊具有傳輸數(shù)據(jù)量大，傳輸速度快，成本低的優(yōu)勢，在PLC的主站和從站上分別配置I/O模塊機(jī)架，機(jī)架上放置了電源模塊、以太網(wǎng)模塊和I/O模塊，冗余系統(tǒng)兩個機(jī)架上的以太網(wǎng)模塊分別通過兩臺交換機(jī)，再和PLC的主、從站的I/O模塊機(jī)架上的以太網(wǎng)連接起來，進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。

8 觸摸屏

在回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的操作臺上配置了AB公司的觸摸屏，通過以太和PLC通訊，觸摸屏設(shè)置了操作畫面、報警畫面和設(shè)置畫面，可以通過觸摸屏的操作畫面上的按鈕來驅(qū)動設(shè)備，在報警畫面上顯示故障報警信息，在設(shè)置畫面上可以設(shè)置更改變頻器的頻率。

9 無線通訊

為了保證無線通訊信號的可靠傳遞及程序的完整性和獨(dú)立性，在中控室放置一臺PLC控制柜，由中控室提供控制電源，回轉(zhuǎn)堆料機(jī)與中控室的PLC柜的通訊方式是無線通訊，PLC柜與中控室的通訊室硬線干接點(diǎn)方式。

結(jié)語

隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)計的發(fā)展也是與時俱進(jìn)，本項目中的回轉(zhuǎn)堆料機(jī)應(yīng)用了PLC系統(tǒng)、冗余功能設(shè)計、以太網(wǎng)通訊，DeviceNet通訊和無線通訊等先進(jìn)的技術(shù)，大大地提高了側(cè)式回轉(zhuǎn)堆料機(jī)的安全可靠性，操作更加方便靈活。

[1]陶權(quán).變頻器應(yīng)用技術(shù)[Z].

[2]胡向東.傳感器與檢測技術(shù)[Z].

TH24 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

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