淺談側式懸臂回轉堆料機的電氣控制系統設計

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110027）

淺談側式懸臂回轉堆料機的電氣控制系統設計

劉 可

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110027）

側式懸臂回轉堆料機的電氣控制系統的設計主要是通過PLC的數據和邏輯運算來發出和接受控制指令，從而完成堆料機的堆料工作。

PLC；以太網通訊；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

側式懸臂回轉堆料機包括懸臂，來料車及大車行走等機構組成，具有懸臂俯仰及大車行走、連續進行人字形堆料的功能，各機構可單獨或聯合動作，主要應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備，本項目中的回轉堆料機的電氣控制室包括司機室和配電室，配電室設有電控柜，司機室固定在來料車上，司機室里設有電控柜和操作臺。

2 控制方式

側式懸臂回轉堆料機的控制方式是三種方式，分別是自動控制方式、手動控制方式和現場維修控制方式，自動控制方式包含中控室自動控制和機上自動控制，控制方式的選擇開關設置在司機室的操作臺上，三種控制方式具有互鎖性，當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∶在回轉堆料機備妥和允許啟動的情況下，由中控室或堆料機操作臺上的按鈕進行啟動和停止操作實現自動控制，所有的設備會按照設計好的自動堆料程序順序啟動和停止。

2.2 手動控制方式∶當通過操作臺上的選擇開關選擇了手動控制時，設備的各個驅動動作的內部聯鎖解除，每個驅動動作都需要操作人員通過司機室里的操作臺上的按鈕和觸摸屏上的按鍵來完成。

2.3 現場維修控制方式∶通過操作位于現場的按鈕站來啟動和停止各個驅動，從而為設備的保養和檢修提供了方便。

3 變頻器與回饋單元

∶近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、大規模集成電路的發展和生產工藝的改進，變頻調速越來越被工業上所采用，通過對變頻器參數的設定，可以使交流電機工作在需要的理想狀態下，這個過程涵蓋電機的啟動、加速、勻速、減速、停止的各個過程，同時還會對電機的過載、電源的故障、本身的故障進行判斷，并反饋給PLC故障信號，同時還會記錄以往的數次故障信息，以供檢修調試人員發現問題，并及時修正。

3.1 為了保證回轉堆料機在每一層布料的均勻性，行走的驅動是采用變頻器驅動，設置了兩個行走速度，逆料流行駛時的速度和順料流行駛時的速度。

3.2 為了保證回轉堆料機在回轉工作中，電機能平穩地運行和停止，回轉的驅動采用變頻器驅動 。

3.3 在變頻調速系統中，電動機的降速和停機的過程中，電動機處于發電狀態，為了變頻器的安全穩定性，變頻器配接了回饋單元，將電機處于發電狀態時所產生的能量通過回饋單元反饋到電網。

4 限位開關

限位開關分工作限位開關和極限限位開關，限位開關的主要用途是對設備的運行狀態進行監測，并反饋給PLC信號，從而PLC做出相應的操作指令。

4.1 回轉限位開關∶懸臂回轉設置了四個限位開關，其中兩個回轉極限開關和兩個回轉工作開關，當回轉時首先會觸動工作開關，此時回轉停止，一旦工作開關發生故障時，會觸動極限開關，此時會向反方向回轉。

4.2 行走限位開關∶行走限位開關設置了四個限位開關，其中兩個行走極限開關和兩個行走工作開關，當堆料機正常堆料時是在兩個工作開關之間反復堆料，當極限開關動作時行走停止同時其他的驅動停機。

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

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，隨著堆料機一邊往復行走，一邊堆積物料，料堆逐漸升高，當懸臂靠近料堆時，料位計向PLC發出信號，PLC發出指令啟動變幅液壓系統，抬高懸臂到設定的高度，繼續堆料工作，短的料位計用于報警停機。

6 編碼器

是一種將旋轉位移轉換成數字脈沖信號的傳感器

6.1 行走編碼器∶定位堆料機在料場的位置

6.2 懸臂俯仰旋轉編碼器∶編碼器的脈沖信號進入到PLC系統，經過PLC的邏輯指令，能運算出布料的每一層懸臂上升的角度。

7 PLC系統

本項目中的回轉堆料機的PLC選擇了AB公司的1756系列的產品，CPU選用1756-L71產品，采用用以太網通訊，設置司機室的PLC系統為主站，配電室的PLC系統為從站。

7.1 冗余系統∶冗余系統的設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性，本項目中的回轉堆料機設計了電源冗余系統和CPU冗余系統，冗余系統需要在PLC主站上設計兩個單獨獨立的機架，在適配器模塊后面再分別放置一個CPU模塊、一個以太網模塊和一個冗余模塊，通過一根冗余電纜把兩個機架上的冗余模塊連接起來，就構成了CPU冗余系統。

7.2 以太網通訊∶和DeviceNet通訊相比較，以太網通訊具有傳輸數據量大，傳輸速度快，成本低的優勢，在PLC的主站和從站上分別配置I/O模塊機架，機架上放置了電源模塊、以太網模塊和I/O模塊，冗余系統兩個機架上的以太網模塊分別通過兩臺交換機，再和PLC的主、從站的I/O模塊機架上的以太網連接起來，進行以太網通訊。

8 觸摸屏

在回轉堆料機的操作臺上配置了AB公司的觸摸屏，通過以太和PLC通訊，觸摸屏設置了操作畫面、報警畫面和設置畫面，可以通過觸摸屏的操作畫面上的按鈕來驅動設備，在報警畫面上顯示故障報警信息，在設置畫面上可以設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，回轉堆料機與中控室的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方式。

結語

隨著科技技術的不斷發展，電氣設計的發展也是與時俱進，本項目中的回轉堆料機應用了PLC系統、冗余功能設計、以太網通訊，DeviceNet通訊和無線通訊等先進的技術，大大地提高了側式回轉堆料機的安全可靠性，操作更加方便靈活。

[1]陶權.變頻器應用技術[Z].

[2]胡向東.傳感器與檢測技術[Z].

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