基于西門子PLC 的堆取料機斗輪雙重保護研究

孫 力，陳 凡，王 弼，周 鑫，王志豪

（1.湖北荊州煤炭港務有限公司，湖北荊州 434020；2.寧波舟山港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司，浙江寧波 315800）

0 引言

湖北荊州煤炭港務有限公司一期工程目前有7 臺堆取料機，堆取料機（簡稱斗輪機）型號為DQ L1650/4500.40，是一種大型、連續、高效的散料裝卸機械。可適用于堆、取粒度0～300 mm的散狀物料，是大中型火力發電廠、碼頭、礦山、冶金、化工和大型水利工地等工礦企業儲料場專用的堆取散狀物料的優良設備，具有單向堆料、取料功能。

1 一期工程堆取料機簡介

斗輪機設備由斗輪機構、臂架、上部鋼結構、懸臂皮帶機、俯仰機構、回轉機構、中心料斗、轉臺、門座、行走機構、附屬結構、尾車、電氣房、回轉上電、司機室和電氣系統等組成。在回轉驅動裝置作用下，實現斗輪堆取料機上部回轉。尾車為固定單尾車。設備動力供電電源電纜和控制電纜通過電纜卷筒卷繞上機。堆料作業時，系統皮帶機輸送來的物料經尾車，再經中部料斗上部輸送到懸臂皮帶機上，最后拋向儲料場。懸臂皮帶機的上仰和下俯可實現高、低位的堆料；大車行走則實現軌道長度方向的堆料。取料作業是按分層取料的工藝進行的，必要時也可以進行斜坡取料。斗輪機構上的斗子將挖取上來的物料卸至懸臂皮帶機上，再經中心料斗，將物料輸送系統皮帶。

斗輪機構：斗輪機構安裝于前臂架的前端部，為了取料和卸料方便，安裝時斗輪軸在垂直面內傾角10°。斗輪機構主要由驅動系統、圓弧擋料板、斗輪軸、溜料裝置、導料裝置、斗輪體、軸承座、斗子等組成，采用長軸布置型式，斗輪機械結構如圖1 所示。斗輪由電機+液力偶合器+減速器驅動。設置有電氣的安全和過載保護。導料裝置有抬起功能，由電液推桿驅動，與堆取料作業連鎖控制。在取料作業時放下壓在皮帶機上面，調整料流方向，保證不撒料；堆料作業抬起，使煤直接通過皮帶機拋灑到料場。

圖1 斗輪機械結構

2 一期工程堆取料機斗輪參數

湖北荊州煤炭港務有限公司一期工程堆取料機斗輪驅動電機功率為110 kW，電機啟動方式通過施耐德ATS48 軟啟動器來實現，電機軟啟動是通過采用降壓、補償或變頻等技術手段，實現電機及機械負載的平滑啟動，減少啟動電流對電網的影響，使電網和機械系統得以保護。

電機采用軟啟動器有以下優點：

（1）使電機的輸出力矩滿足機械系統對啟動力矩的要求，保證平滑加速、平滑過渡，避免破壞性力矩沖擊。

（2）使啟動電流滿足電機承受能力的要求，避免電機啟動發熱造成絕緣破壞或燒毀。

（3）使啟動電流滿足電網電能質量相關標準要求，減少電壓暫降幅度，減少高次諧波含量等。

施耐德ATS48 軟啟動器的相關參數如下：

（1）進入SEt 項，選擇IN 設置為200（表示電機額定電流設置為200 A）。

（2）進入PrO 項，選擇LOC 設置為110（110 表示電機額定電流的110%，即將保護過載電流定義為200×110%=220 A）。

（3）進入PrO 項，選擇OIL 設置為dEF（電流過載激活）。

（4）電流過載激活：功能僅在穩定狀態下有效。表示如果電機電流超過一個可調的閾值LOC 且持續時間超過可調整的時間值tOL，電流過載動作原理如圖2 所示。①進入PrO 項，選擇tOL 設置為11.0（表示將電機過載保護時間定義為11 s）；②進入IO 項，選擇AO 設置為OCr（表示將模擬輸出量選擇為電機電流）；③進入IO 項，選擇04 設置為420（表示將模擬電流通過4～20 mA 信號傳輸）。

圖2 電流過載原理

3 一期工程堆取料機西門子S7-1500 PLC 新增保護程序

3.1 定義斗輪軟起過電流故障

打開西門子博圖軟件，展開PLC 下部電氣房，展開PLC 變量，選擇故障M，將%M730.2 定義為“斗輪軟起過電流220 A-9 s 故障”（該故障點可自行選擇沒有使用的故障點），PLC 斗輪故障定義如圖3 所示。

圖3 PLC 斗輪故障定義

3.2 編寫主程序段

采集斗輪電機軟啟動器反饋回來的模擬電流信號，添加一個比較器，參數設置為模擬量數據斗輪電機電流值大于等于220 A 時輸出。

增加一個接9 s 的延時通信號（該時間只要不超過軟啟動器設置的保護時間即可），增加一個輸出信號線圈，將該線圈設置為第一步定義的“斗輪軟起過電流220 A-9 s 故障”。PLC 斗輪保護主程序段如圖4 所示。

圖4 PLC 斗輪保護主程序段

3.3 增加軟起過電流故障自鎖程序段

增加一個%M730.2 的開點信號；增加一個%M11.0 的復位信號（該信號為原程序定義的故障復位點，可根據實際情況進行相應修改）。PLC 斗輪程序自鎖如圖5 所示。

圖5 PLC 斗輪程序自鎖

3.4 將軟起過電流故障串入主要保護程序段中

找到斗輪主要保護程序段，將新增的“斗輪軟起過電流220 A-9 s 故障”采用閉點信號串入到主程序段中。斗輪主要保護程序如圖6 所示。

圖6 斗輪主要保護程序

4 一期工程堆取料機西門子1500PLC 新增保護程序的意義

此段保護程序運行后表現效果良好，主要意義如下：

（1）降低了堆取料機的故障率。原有軟啟動器電流過載保護后，設備故障停機，需要維護人員去電氣房對斗輪軟啟動器進行手動復位；該段保護程序投用后，可實現提前預警功能，在故障停機觸發前告知堆取料機司機。堆取料機司機可以通過調整操作方式避免故障發生，降低設備故障率，提高堆取料機的作業效率。

（2）該保護程序段和軟啟動器原有保護一起實現對堆取料機斗輪的雙重保護，提高設備的安全性能。該段保護程序屬于“軟保護”，軟啟動器原有保護屬于現場“硬保護”，兩重保護雙持疊加。即使新增保護程序段失效，在該設備出現過載的情況下，原有保護仍有效投用，大大提高設備的安全性能。

5 結束語

通過對湖北荊州煤炭港務有限公司一期工程堆取料機斗輪軟起故障的研究，增加一段保護程序。最終達到在軟啟動器保留原有保護功能的前提下提高生產效率，為堆取料機的安全、高效運行提供有力的技術支持。通過在荊州煤炭港務有限公司一期工程堆取料機的實踐，印證了方法的有效性，并可為類似軟啟動器提效及消除安全隱患提供一定的參考。