斗輪堆取料機控制系統技術應用

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110027）

斗輪堆取料機控制系統技術應用

劉雅臣 張庭亮

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110027）

斗輪堆取料機是現代化工業大宗散狀物料連續裝卸的高效設備，目前已經廣泛應用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲料場的堆取作業中。為了保證生產工藝并且使斗輪機能夠長期穩定的運行，我廠生產的臂式斗輪堆取料機控制系統不僅采用了以PLC控制系統為核心的設計思想，輔以HMI、現場總線等新產品新技術，還應用了變頻器配以回饋單元及編碼器定位。

PLC控制系統；現場總線；變頻器；HMI；編碼器

1 PLC是目前控制存儲器中采用較多的一種邏輯變成控制器，主要用于內部的存儲控制，由于其程序的可編程行強，且邏輯運算性強，具有順序控制以及計算、定時和處理等指令編輯界面，使得用戶的指向性更強，在各類機械以及生產過程中，通過數字以及模擬信號的輸入、輸出，達到自動化控制的目的。目前的電氣控制開始向著自動化、智能化方向發展，因此PLC開始顯現出其優勢。相對比其他的控制器，PLC抗干擾以及自我診斷功能更可靠，針對日常的故障，能及時的調整和排除，提高了生產系統的運行安全。

2 變頻器及編碼器均通過PROFIBUS -DP通訊板與PLC進行通訊，通過PROFIBUS-DP采集、發送數據，即通過總線方式。該種方式主要通過現場的數字傳感器、儀表以及變送器等現場機構設備同工作站連接為數字化網絡，該分散、多分支、的雙向數字化傳輸系統，是現代工業網絡化的產物。對比傳統的控制系統，不但效率更高，成本更低，因此多用于系統控制中的設備級控制，且系統的通信采用了分散式I/O結構。 它與PROFIBUS-PA、PROFIBUSFMS共同組成了PROFIBUS標準。主要進行現場的高速數據傳輸，對站內信息進行周期讀取，并采用周期性方式向從站進行信息傳輸。此外，相對比PLC程序的循環時間，總線循環時間必須相對較短。排除數據傳輸中周期性的傳輸，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。斗輪堆取料機通過光纖通訊與DCS系統進行信息傳遞，這樣不但保證了傳遞數據速度、距離而且抗干擾性很強，確保數據傳輸的穩定性。

圖1 斗輪堆取料機結構示意圖

3 變頻器配以回饋單元的變頻調速系統。電網會受到電機的硬啟動操作沖擊，并且需要容量更高的電網，在硬啟動點擊時，在電網中會產生瞬間電流，且電流量極大，這種沖擊會極大的損害回轉、行走系統，損傷設備，縮短設備壽命。在系統中加裝變頻調節裝置后，能夠有效利用該裝置對系統的啟動模式予以轉換，使得啟動變為軟啟動，使得啟動電流為零，即便產生啟動電流也低于而定電流，從而使得電網受到的沖擊降低，且保護了設備。通常系統在設計時電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行以調整取料量，回轉取料工作中為保證恒定的取料能力避免物料月牙效應變頻電機按1/cos的規律旋轉，因此回轉機構的變頻應用是非常有必要的。變頻器還能可實現電機軟啟動、補償功率因素、通過改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的，而且能給設備提供過流、過壓、過載等保護功能。

一般通用變頻器其橋式整流電路是三相不可控的，因此無法實現直流回路與電源間雙向能量傳遞，解決這個問題的最有效的辦法是采用有源逆變技術，即將再生電能逆變為與電網同頻率、同相位的交流電回饋電網，從而實現制動。它采用下電流追蹤型PWM整流器組成方式，這樣就容易實現功率的雙向流動，且具有很快的動態響應速度，同時這樣的拓撲結構使得我們能夠完全控匍交流側和直流側之間的無功和有功功率的交換，且效率可高達97%，經濟效益較大，熱損耗為能耗制動的1%，同時不污染電網。所以，回饋制動特別適用于需要頻繁制動的場合，電動機的功率也較大，這時節電效果明顯，按運行的工況條件不同，平均約有20%的省電效果。

4 本機還配有人機界面（HMI）可連接至PLC，以顯示機上設備的實時狀態，通過出入單元（觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數或輸入操作命令，實現人與機器信息交互。本機是通過西門子觸摸屏、以太網通訊來實現人機信息交互的。

5 臂式斗輪堆取料機使用編碼器記錄及控制斗輪及大車的步進距離、懸臂回轉距離及懸臂升降角度，不但保證定位準確精度高，還可以對物料按照一定比例進行充分混勻，有效提高了物料的預均化程度，堆形美觀。因每次步進距離相同，取料時能使皮帶載料量均勻。

結語

斗輪堆取料機控制系統基于優良的控制器、信息網絡、人機界面、變頻傳動系統和精確的定位系統，在加上相應硬件和軟件的配置，不但提高了堆取料機整體性能，而且使使用者在司機室內就能對整機系統實時狀態了如執掌，最大程度減少系統故障停機概率，更好的保障生產的穩定性。

[1]胡學林.可編程控制器原理及應用[M].北京：電子工業出版社.

[2]劉華波，何文雪，王雪；西門子S7-300/400PLC編程與應用[M].北京：機械工業出版社；

[3]崔堅主編李佳副主編.西門子工業網絡通訊指南[M].北京：機械工業出版社.

[4]ABB（北京）電氣傳動系統有限公司.ACS800 標準應用程序[R].

[5]馮敏，劉宇.自控產品在堆取料機控制系統上的應用[Z]，2006（06）.

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