斗轮堆取料机控制系统技术应用

2014-06-01

中国新技术新产品 2014年2期

（北方重工集团有限公司，辽宁沈阳 110027）

斗轮堆取料机控制系统技术应用

刘雅臣张庭亮

（北方重工集团有限公司，辽宁沈阳 110027）

斗轮堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料（矿石、煤、焦碳、砂石）存储料场的堆取作业中。为了保证生产工艺并且使斗轮机能够长期稳定的运行，我厂生产的臂式斗轮堆取料机控制系统不仅采用了以PLC控制系统为核心的设计思想，辅以HMI、现场总线等新产品新技术，还应用了变频器配以回馈单元及编码器定位。

PLC控制系统；现场总线；变频器；HMI；编码器

1 PLC是目前控制存储器中采用较多的一种逻辑变成控制器，主要用于内部的存储控制，由于其程序的可编程行强，且逻辑运算性强，具有顺序控制以及计算、定时和处理等指令编辑界面，使得用户的指向性更强，在各类机械以及生产过程中，通过数字以及模拟信号的输入、输出，达到自动化控制的目的。目前的电气控制开始向着自动化、智能化方向发展，因此PLC开始显现出其优势。相对比其他的控制器，PLC抗干扰以及自我诊断功能更可靠，针对日常的故障，能及时的调整和排除，提高了生产系统的运行安全。

2 变频器及编码器均通过PROFIBUS -DP通讯板与PLC进行通讯，通过PROFIBUS-DP采集、发送数据，即通过总线方式。该种方式主要通过现场的数字传感器、仪表以及变送器等现场机构设备同工作站连接为数字化网络，该分散、多分支、的双向数字化传输系统，是现代工业网络化的产物。对比传统的控制系统，不但效率更高，成本更低，因此多用于系统控制中的设备级控制，且系统的通信采用了分散式I/O结构。它与PROFIBUS-PA、PROFIBUSFMS共同组成了PROFIBUS标准。主要进行现场的高速数据传输，对站内信息进行周期读取，并采用周期性方式向从站进行信息传输。此外，相对比PLC程序的循环时间，总线循环时间必须相对较短。排除数据传输中周期性的传输，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。斗轮堆取料机通过光纤通讯与DCS系统进行信息传递，这样不但保证了传递数据速度、距离而且抗干扰性很强，确保数据传输的稳定性。

图1 斗轮堆取料机结构示意图

3 变频器配以回馈单元的变频调速系统。电网会受到电机的硬启动操作冲击，并且需要容量更高的电网，在硬启动点击时，在电网中会产生瞬间电流，且电流量极大，这种冲击会极大的损害回转、行走系统，损伤设备，缩短设备寿命。在系统中加装变频调节装置后，能够有效利用该装置对系统的启动模式予以转换，使得启动变为软启动，使得启动电流为零，即便产生启动电流也低于而定电流，从而使得电网受到的冲击降低，且保护了设备。通常系统在设计时电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行以调整取料量，回转取料工作中为保证恒定的取料能力避免物料月牙效应变频电机按1/cos的规律旋转，因此回转机构的变频应用是非常有必要的。变频器还能可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。

一般通用变频器其桥式整流电路是三相不可控的，因此无法实现直流回路与电源间双向能量传递，解决这个问题的最有效的办法是采用有源逆变技术，即将再生电能逆变为与电网同频率、同相位的交流电回馈电网，从而实现制动。它采用下电流追踪型PWM整流器组成方式，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，同时这样的拓扑结构使得我们能够完全控匍交流侧和直流侧之间的无功和有功功率的交换，且效率可高达97%，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网。所以，回馈制动特别适用于需要频繁制动的场合，电动机的功率也较大，这时节电效果明显，按运行的工况条件不同，平均约有20%的省电效果。

4 本机还配有人机界面（HMI）可连接至PLC，以显示机上设备的实时状态，通过出入单元（触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互。本机是通过西门子触摸屏、以太网通讯来实现人机信息交互的。

5 臂式斗轮堆取料机使用编码器记录及控制斗轮及大车的步进距离、悬臂回转距离及悬臂升降角度，不但保证定位准确精度高，还可以对物料按照一定比例进行充分混匀，有效提高了物料的预均化程度，堆形美观。因每次步进距离相同，取料时能使皮带载料量均匀。