基于PLC與編碼器實(shí)現(xiàn)的堆取料機(jī)夾角保護(hù)

摘? 要：隨著環(huán)保要求的不斷提高，露天煤場正逐漸被封閉式圓形儲(chǔ)煤罐所代替，圓形儲(chǔ)煤罐因儲(chǔ)量大、損耗小、可同時(shí)進(jìn)行堆取料自動(dòng)化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)受到儲(chǔ)煤耗煤用戶的青睞。自動(dòng)化程度高的新設(shè)備在給用戶帶來全新使用體驗(yàn)的同時(shí)，也對(duì)用戶設(shè)備管理特別是安全管理提出了更高的要求，龐大的堆取料機(jī)自動(dòng)狀態(tài)下且無人值守運(yùn)行，如回轉(zhuǎn)過程中發(fā)生碰撞將造成嚴(yán)重后果。通過對(duì)圓形儲(chǔ)煤罐堆取料機(jī)夾角保護(hù)的跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)原廠家配置的保護(hù)形式單一且存在失效的可能性，利用程控系統(tǒng)和脈沖編碼器自主編程，在程控系統(tǒng)增加堆取料機(jī)夾角保護(hù)和報(bào)警功能，可有效起到保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：PLC程序;堆取料機(jī);圓形煤罐堆;脈沖編碼器;夾角保護(hù)

中圖分類號(hào)：TD63? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）22-0179-02

Abstract：With the continuous improvement of environmental protection requirements，open-pit coal yard is gradually replaced by closed circular coal storage tank，which is favored by coal storage and coal consumption users because of its large storage capacity，low loss and the ability to simultaneously automate stacking and reclaiming operations. New equipment with high degree of automation is bringing users a brand-new experience of use. At the same time，it also puts forward higher requirements for user equipment management，especially for safety management. The huge stacker-reclaimer operates unattended at the same time in the automatic state，and the collision will cause serious consequences in the process of rotation. Through tracking and analyzing the angle protection of the stacker-reclaimer of circular coal storage tank，it is found that the protection form of the original manufacturer is single and there is possibility of failure. Using program control system and pulse encoder to program independently，the angle protection and alarm function of the stacker-reclaimer can be added to the program control system，which can effectively play a protective role.

Keywords：PLC program;stacker-reclaimer;round coal tank stack;pulse encoder;angle protection

0? 引? 言

隨著全民環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)和國家環(huán)保要求的不斷提高，以往粗放的露天煤場和門式斗輪機(jī)正因其儲(chǔ)量低、揚(yáng)塵大、堆取料作業(yè)設(shè)備落后等缺點(diǎn)逐漸被火力發(fā)電廠等用煤企業(yè)淘汰，而封閉式圓形儲(chǔ)煤罐因儲(chǔ)量大、損耗小、可同時(shí)進(jìn)行堆取料自動(dòng)化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)受到儲(chǔ)煤耗煤用戶的青睞。但自動(dòng)化程度高的新設(shè)備在給用戶帶來全新使用體驗(yàn)的同時(shí)，也對(duì)用戶設(shè)備管理特別是安全管理提出了更高的要求。

1? 圓形煤罐堆取料機(jī)運(yùn)行情況和存在問題

廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司2012年前后斥資興建了兩個(gè)半球形封閉式圓形煤罐，每個(gè)占地面積約11300m2，每個(gè)煤罐內(nèi)各安裝1臺(tái)由德國某公司生產(chǎn)的圓形堆取料機(jī)，圓形堆取料機(jī)主要由中心柱、下部煤斗、懸臂堆料機(jī)、懸臂式刮板取料機(jī)、消防和抑塵噴淋設(shè)備、電氣和控制設(shè)備等組成。其中懸臂堆料機(jī)的水平回轉(zhuǎn)范圍為0～360°，不俯仰，懸臂式刮板取料機(jī)水平回轉(zhuǎn)范圍為0～360°，垂直方向的俯仰角度為-5～+39°，堆料和取料可以同時(shí)作業(yè)，即堆料臂和取料臂可以同時(shí)回轉(zhuǎn)。

兩個(gè)圓形煤罐各配置有一套可編程控制系統(tǒng)，程控系統(tǒng)包括Quantum PLC、雙機(jī)熱備施耐德67160型CPU、組態(tài)軟件Unity Pro XL V4.0、煤集控室兩臺(tái)操作員站、監(jiān)控畫面軟件iFIX 4.5、煤罐內(nèi)司機(jī)室觸摸操作屏、各類模板以及通訊回路等設(shè)備，主要承擔(dān)對(duì)煤罐堆取料機(jī)等設(shè)備的程序控制以及聯(lián)鎖保護(hù)等工作。

前文提到堆料臂和取料臂都是罐內(nèi)以中心柱為圓心可以順時(shí)針回轉(zhuǎn)（以下簡稱右轉(zhuǎn)）和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)（以下簡稱左轉(zhuǎn)）的大型設(shè)備，為防止發(fā)生機(jī)械碰撞事故，需對(duì)這兩者夾角進(jìn)行有效的監(jiān)控，當(dāng)堆取料臂之間的夾角在某一范圍時(shí)應(yīng)有停止設(shè)備繼續(xù)旋轉(zhuǎn)或跳閘電源開關(guān)的保護(hù)措施。廠家在這方面配套安裝的設(shè)備主要有測量堆取料臂回轉(zhuǎn)角度的脈沖編碼器（赫納AWI90S-122/R008-0100型）、電感式傳感器（型號(hào)：NJ40+U1+A2）以及機(jī)械限位開關(guān)（型號(hào)：T/M035）。其中脈沖編碼器信號(hào)接入程控系統(tǒng)，通過控制邏輯運(yùn)算后在上位機(jī)和觸摸屏實(shí)時(shí)顯示設(shè)備回轉(zhuǎn)角度，不參與夾角停機(jī)保護(hù);電感式傳感器和機(jī)械限位開關(guān)一前一后固定安裝在堆料臂回轉(zhuǎn)圓盤外沿，在取料臂回轉(zhuǎn)圓盤外沿也安裝了一塊用于觸發(fā)電感式傳感器和機(jī)械限位開關(guān)的金屬感應(yīng)碰撞部件，當(dāng)堆料臂右轉(zhuǎn)或取料臂左轉(zhuǎn)時(shí)，電感式傳感器和機(jī)械限位開關(guān)與金屬感應(yīng)碰撞部件之間也產(chǎn)生相向位移，當(dāng)堆取料臂之間的夾角接近55°左右，金屬感應(yīng)碰撞部件到達(dá)電感式傳感器（有效感應(yīng)間隔40mm）下方時(shí)，電感式傳感器向程控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)，程控系統(tǒng)自動(dòng)切斷堆料臂右轉(zhuǎn)和取料臂左轉(zhuǎn)指令，避免堆取料機(jī)夾角繼續(xù)縮小發(fā)生碰撞;當(dāng)電感式傳感器失靈或者與感應(yīng)部件之間的間隙過大，無法正常向程控系統(tǒng)發(fā)信號(hào)，堆取料臂繼續(xù)回轉(zhuǎn)，兩者之間夾角繼續(xù)縮小，金屬感應(yīng)碰撞部件壓迫機(jī)械限位開關(guān)接點(diǎn)斷開，將跳閘電機(jī)動(dòng)力電源開關(guān)，迫使堆取料臂失電停止回轉(zhuǎn)，避免碰撞，這就是來自于現(xiàn)場感應(yīng)和限位開關(guān)的一二級(jí)保護(hù)動(dòng)作原理。至于堆取料臂的位置角度測量與監(jiān)控，則由分別安裝在堆取料回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的脈沖編碼器和程控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，堆取料臂回轉(zhuǎn)的同時(shí)通過附屬齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)各自的脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器向程控PLC系統(tǒng)發(fā)出若干脈沖信號(hào)，PLC程序通過邏輯運(yùn)算得出堆料臂和取料臂所在機(jī)械位置的角度并在集控室操作員站以及司機(jī)室觸摸屏上顯示出來。

由于堆取料臂長期運(yùn)行，現(xiàn)場機(jī)械部件或多或少會(huì)產(chǎn)生變形，使堆取料臂夾角保護(hù)限位開關(guān)和感應(yīng)碰撞部件之間發(fā)生位移，電感式傳感器和機(jī)械限位開關(guān)無法正常動(dòng)作，從而導(dǎo)致夾角保護(hù)失靈。為確保堆取料機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備主管部門制定了一系列措施，包括每月一次的定期試驗(yàn)夾角保護(hù)，測量跟蹤傳感器、機(jī)械限位開關(guān)與感應(yīng)部件之間的位移變化情況等，根據(jù)試驗(yàn)和跟蹤情況來看，現(xiàn)場設(shè)備確實(shí)存在機(jī)械變形，堆料和取料回轉(zhuǎn)圓盤也并不在水平面回轉(zhuǎn)，傳感器機(jī)械限位開關(guān)和感應(yīng)部件之間的間隙也并不是一成不變的，堆取料機(jī)運(yùn)行期間也曾出現(xiàn)過夾角保護(hù)失效的不安全情況。針對(duì)這些狀況，我們不得不重新考量廠家配置的堆取料臂夾角保護(hù)形式是否過于單一，而在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上又能否增加另外形式的夾角保護(hù)為煤罐設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

2? 圓形煤罐堆取料機(jī)夾角保護(hù)實(shí)施過程

通過對(duì)堆取料機(jī)脈沖編碼器結(jié)構(gòu)信號(hào)、程控系統(tǒng)判斷編碼器信號(hào)正反轉(zhuǎn)以及位置角度運(yùn)算邏輯，還有堆取料臂手自動(dòng)回轉(zhuǎn)控制邏輯的認(rèn)真分析研究，我們發(fā)現(xiàn)在程控系統(tǒng)增加必要的控制邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)堆取料臂夾角軟保護(hù)，概括來說就是在PLC系統(tǒng)堆取料臂左右回轉(zhuǎn)控制邏輯增加機(jī)械位置角度條件，通過控制邏輯對(duì)現(xiàn)有堆料臂和取料臂兩者的位置角度實(shí)施減法運(yùn)算，當(dāng)堆料臂角度減去取料臂角度小于等于60°或取料臂角度減去堆料臂角度大于等于300°時(shí)，停止取料臂右轉(zhuǎn)和堆料臂左轉(zhuǎn);當(dāng)取料臂角度減去堆料臂角度小于等于60°或堆料臂角度減去取料臂角度大于等于300°時(shí)，停止取料臂左轉(zhuǎn)和堆料臂右轉(zhuǎn)。主要實(shí)施過程如下。

2.1? 煤罐程控系統(tǒng)PLC程序增加堆取料臂夾角保護(hù)控制邏輯

采用在線增加控制邏輯的方式進(jìn)行，程序修改前必須先停止煤罐所有設(shè)備運(yùn)行和操作，對(duì)原程序進(jìn)行備份保存，解除現(xiàn)場在線CPU寫保護(hù)。程控PLC程序新增6個(gè)變量，變量名稱、類型、分配地址如表1所示（變量名稱和地址分配主要考慮原系統(tǒng)一致性并避免重復(fù)）。

2.2? 集控室堆取料機(jī)操作員站增加堆取料臂夾角報(bào)警功能

一是操作員站監(jiān)控畫面修改前先進(jìn)行程序備份;二是操作員站增加“堆取料臂夾角小”文字報(bào)警功能，報(bào)警觸發(fā)條件為N22-20、N22-21、N22-22、N22-23任一變量狀態(tài)為1。

3? 結(jié)? 論

從自主研發(fā)、實(shí)施改造后的調(diào)試結(jié)果以及后續(xù)每月定期試驗(yàn)跟蹤情況看，改造后堆取料臂夾角增加了一級(jí)保護(hù)，且新夾角保護(hù)初始信號(hào)來自于堆取料臂的脈沖編碼器，再通過PLC控制邏輯實(shí)現(xiàn)，具有信號(hào)源穩(wěn)定動(dòng)作及時(shí)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，且保護(hù)動(dòng)作時(shí)程控上位機(jī)同時(shí)發(fā)出報(bào)警，可以使當(dāng)班運(yùn)行人員第一時(shí)間掌握設(shè)備狀況并快速反應(yīng)，安全效果相當(dāng)理想。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：吳少潮（1974.12-），男，漢族，廣東揭陽人，熱能動(dòng)力工程工程師，熱工儀表檢修高級(jí)技師，本科，研究方向：熱工及電氣控制。