臂式斗輪堆取料控制系統分析

郭天舒

摘 要：臂式斗輪堆取料機是一種廣泛應用于港口、電廠等區域的散料堆取設備。隨著我國經濟的快速發展各港口所需要裝卸的貨物量快速增加，通過做好臂式斗輪堆取料機的應用將有助于提高散料貨物的裝卸速率，提高港口的散裝貨物的進出口能力。在做好臂式斗輪堆取料機應用的同時需要積極做好臂式斗輪堆取料機電氣控制系統的研發與應用，并借助于現今高速發展的電子、通信技術在臂式斗輪堆取料機的電氣控制中構建智能化的控制系統，提高臂式斗輪堆取料機的智能化程度。

關鍵詞：臂式斗輪堆取料機；電氣控制；PLC；現場總線

中圖分類號：U653.928 文獻標志碼：A

0 前言

臂式斗輪堆取料機是一種在小型斗輪挖掘機的基礎上所發展起來的一種應用于散料堆取的專用設備。臂式斗輪堆取料機在應用的過程中具有取料效率高、料場占地面積小等優點，從而使得臂式斗輪堆取料機在港口、火力發電廠等領域中得到了較為廣泛的應用。在臂式斗輪堆取料機的應用中應當積極做好臂式斗輪堆取料機的控制智能化建設，通過結合臂式斗輪堆取料機在應用過程中所出現的一系列動作特點，通過控制系統優化以使得臂式斗輪堆取料機的電氣控制更加安全、高效。

1 臂式斗輪堆取料機控制系統的發展歷程

臂式斗輪堆取料機是在小型斗輪挖掘機的基礎上所發展起來的一種重要的裝卸設備。在發展初期臂式斗輪堆取料機的控制系統所采用的繼電器控制方式體積大、控制的安全性和可靠性較低。隨著技術的發展與應用PLC控制、變頻器以及軟啟停起等的技術與控制設備逐漸地進入并應用于臂式斗輪堆取料機的控制系統中，從而使得臂式斗輪堆取料機的控制系統大為簡化，減少了大量的繼電器與控制電纜。此外，變頻器的應用可以對臂式斗輪堆取料機斗輪的轉速與斗輪的取料量進行適當的調節，并實現了對于臂式斗輪堆取料機中大車的平穩啟動與制動，減小了啟動與制動過程中所造成的沖擊，提高了臂式斗輪堆取料機的使用性能。

在臂式斗輪堆取料機的系統控制中，現場總線技術的應用極大地簡化了傳輸電纜的種類與數量，Profibus總線是世界通用的總線標準之一，其在工業控制領域中有著廣泛的應用，并取得了良好的應用效果。現場總線是連接智能現場設備、自動化系統的用于雙線數據傳輸、多分支結構的通信網絡，其在應用的過程中能夠安全、高效地進行各類信息數據的傳輸與通信，具有可靠性高、抗干擾能力強、通信速率快等的特點。在臂式斗輪堆取料機的控制中可以利用Profibus總線技術完成智能控制系統與現場控制設備之間的信息交互，在提高通信效率的同時也使得數據通信更加安全、高效。

2 積極做好臂式斗輪堆取料機控制系統的研制與應用

臂式斗輪堆取料機控制系統的設計將以PLC來作為控制核心，依托先進的現場總線技術來將臂式斗輪堆取料機的主控中心與分布在各處的現場控制終端進行連接，使用現場總線技術以此將PLC、變頻器、控制顯示面板、檢測系統等連接在一起。現場總線技術采用的是西門子公司的ProfibusDP總線，通過總線實現CPU與各網絡元件部分進行數據交互。臂式斗輪堆取料機控制部分的硬件組成主要由電源部分、電動機控制中心、變頻調速系統、中控臺、PLC及觸摸屏等幾大部分所組成。在上述幾大硬件組成中，PLC作為控制系統的核心，由于臂式斗輪堆取料機控制系統所需要控制的點數較多，因此選用的是S7-300系列的可編程邏輯控制器，主機采用CPU315-2DP并具有一個Profibus-DP數據接口。控制臂式斗輪堆取料機斗輪的變頻器選用的是法國施耐德公司的ATV71型變頻器。在完成了對于變頻器、人機界面等各硬件的現場組裝后，通過獨立的Profibus-DP接口直接與現場總線進行連接，PLC通過對縮接收到的各類I/O信息進行邏輯程序運算并將各類控制信息依托Profibus總線傳輸至現場控制終端用以操控臂式斗輪堆取料機進行運作。在完成了對于臂式斗輪堆取料機控制系統的硬件組成后需要積極做好臂式斗輪堆取料機控制系統的軟件編制。在進行軟件控制程序的編寫中，PLC程序的編寫可以借助于西門子公司專門為用戶所提供的STEP7程序開發軟件來進行控制程序的編寫，STEP7是用于SIMATIC可編程序控制器的組態和編程的標準軟件包，通過其能夠有效地完成相關控制程序的編寫：

（1）臂式斗輪堆取料機堆料程序控制任務

在臂式斗輪堆取料機進行堆取料作業的過程中，斗輪的斷續回轉以及斷續行走后的定點堆料是一種較為普遍的工作方式。臂式斗輪堆取料機在工作時首先運行到預定料場位置，啟動堆料作業程序后將控制臂式斗輪堆取料機進行堆料作業，控制程序將給系統發出堆料作業的信號并實現與系統膠帶工況的連鎖，通過編碼器和物位計的采樣、傳送、邏輯運算用以判斷懸臂回轉和大車的行走，實現對于臂式斗輪堆取料機的斗輪控制。

（2）取料作業程序的控制任務

在臂式斗輪堆取料機取料作業中將采取斗輪旋轉分層不分段取料模式，首先將臂式斗輪堆取料機中的大車開至預定取料位置，在接收到系統取料指令后開啟取料作業模式，斗輪在運行的過程中通過編碼器對取料的初始角和取料終止角進行角度采集并發送至控制系統中用以對懸臂回轉的角度以及斗輪的下降角度進行準確的控制，實現對于臂式斗輪堆取料機的操控。

在臂式斗輪堆取料機軟件控制程序的編制中，首先通過STEP7編程軟件對臂式斗輪堆取料機控制系統中的各硬件組成部分進行硬件配置組態，通過對組成臂式斗輪堆取料機控制系統的各硬件進行選取完成對于控制系統硬件構成的拓撲。在完成了對于組成臂式斗輪堆取料機控制系統的硬件組態后，即可為可編程模板生成軟件，選擇編程語言后完成邏輯程序的開發。在編程語言的選擇上有多種選擇：語句表STL、梯形邏輯圖LAD、功能塊圖FBD以及SCL結構控制語言等。在臂式斗輪堆取料機控制系統軟件的編制中采用的是STL語句表與LAD梯形圖相結合的方式來進行控制程序的編寫。

在對臂式斗輪堆取料機控制成程序的編寫中將以臂式斗輪堆取料機自動堆料的控制為例來進行程序編寫，編寫時選用LAD梯形圖作為編程語句。控制程序中的各程序塊中包括臂式斗輪堆取料機堆料連鎖工藝流程，通過分布于臂式斗輪堆取料機中各處的傳感器對各類信號進行檢測并以此來判斷臂式斗輪堆取料機在運作的過程中是否滿足了相關工作條件，只有在滿足工作條件后才能激活輸出點并以此來控制臂式斗輪堆取料機中的各機構按照工序進行配合運作。在進行程序編制時需要對各I/O點進行定義，以便后期進行查詢和處理。

結語

各類新技術的應用使得臂式斗輪堆取料機的電氣控制大為簡化，尤其是以PLC為代表的邏輯控制器的應用可以高效、快速地對臂式斗輪堆取料機中的各類運行狀態信號進行快速的處理，并根據PLC中的邏輯程序來進行判斷并做出針對性的應對。本文在分析臂式斗輪堆取料機特點的基礎上對組成臂式斗輪堆取料機控制系統的硬件組成記性了分析介紹并對如何做好相關控制程序的編制進行了分析。

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