浅谈侧式悬臂回转堆料机的电气控制系统设计

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110027）

浅谈侧式悬臂回转堆料机的电气控制系统设计

刘 可

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110027）

侧式悬臂回转堆料机的电气控制系统的设计主要是通过PLC的数据和逻辑运算来发出和接受控制指令，从而完成堆料机的堆料工作。

PLC；以太网通讯；DeveiceNet通讯；触摸屏；编码器；变频器；回馈单元；无线通讯；冗余

1 概述

侧式悬臂回转堆料机包括悬臂，来料车及大车行走等机构组成，具有悬臂俯仰及大车行走、连续进行人字形堆料的功能，各机构可单独或联合动作，主要应用于两个相邻的长形料场的堆料，堆料能力大及堆料均匀是理想的堆料设备，本项目中的回转堆料机的电气控制室包括司机室和配电室，配电室设有电控柜，司机室固定在来料车上，司机室里设有电控柜和操作台。

2 控制方式

侧式悬臂回转堆料机的控制方式是三种方式，分别是自动控制方式、手动控制方式和现场维修控制方式，自动控制方式包含中控室自动控制和机上自动控制，控制方式的选择开关设置在司机室的操作台上，三种控制方式具有互锁性，当选择其中一种控制方式时，其他操作方式均无效。

2.1 自动控制方式∶在回转堆料机备妥和允许启动的情况下，由中控室或堆料机操作台上的按钮进行启动和停止操作实现自动控制，所有的设备会按照设计好的自动堆料程序顺序启动和停止。

2.2 手动控制方式∶当通过操作台上的选择开关选择了手动控制时，设备的各个驱动动作的内部联锁解除，每个驱动动作都需要操作人员通过司机室里的操作台上的按钮和触摸屏上的按键来完成。

2.3 现场维修控制方式∶通过操作位于现场的按钮站来启动和停止各个驱动，从而为设备的保养和检修提供了方便。

3 变频器与回馈单元

∶近年来，随着电力电子技术、微电子技术、大规模集成电路的发展和生产工艺的改进，变频调速越来越被工业上所采用，通过对变频器参数的设定，可以使交流电机工作在需要的理想状态下，这个过程涵盖电机的启动、加速、匀速、减速、停止的各个过程，同时还会对电机的过载、电源的故障、本身的故障进行判断，并反馈给PLC故障信号，同时还会记录以往的数次故障信息，以供检修调试人员发现问题，并及时修正。

3.1 为了保证回转堆料机在每一层布料的均匀性，行走的驱动是采用变频器驱动，设置了两个行走速度，逆料流行驶时的速度和顺料流行驶时的速度。

3.2 为了保证回转堆料机在回转工作中，电机能平稳地运行和停止，回转的驱动采用变频器驱动 。

3.3 在变频调速系统中，电动机的降速和停机的过程中，电动机处于发电状态，为了变频器的安全稳定性，变频器配接了回馈单元，将电机处于发电状态时所产生的能量通过回馈单元反馈到电网。

4 限位开关

限位开关分工作限位开关和极限限位开关，限位开关的主要用途是对设备的运行状态进行监测，并反馈给PLC信号，从而PLC做出相应的操作指令。

4.1 回转限位开关∶悬臂回转设置了四个限位开关，其中两个回转极限开关和两个回转工作开关，当回转时首先会触动工作开关，此时回转停止，一旦工作开关发生故障时，会触动极限开关，此时会向反方向回转。

4.2 行走限位开关∶行走限位开关设置了四个限位开关，其中两个行走极限开关和两个行走工作开关，当堆料机正常堆料时是在两个工作开关之间反复堆料，当极限开关动作时行走停止同时其他的驱动停机。

4.3 悬臂俯仰限位开关∶在悬臂俯仰设置了三个限位开关，悬臂上极限开关、悬臂下极限开关和悬臂堆满开关。

5 物料检测

料位计：在悬臂前端配置两个物料探测计，一个长的和一个短的，长的料位计用于工作，随着堆料机一边往复行走，一边堆积物料，料堆逐渐升高，当悬臂靠近料堆时，料位计向PLC发出信号，PLC发出指令启动变幅液压系统，抬高悬臂到设定的高度，继续堆料工作，短的料位计用于报警停机。

6 编码器

是一种将旋转位移转换成数字脉冲信号的传感器

6.1 行走编码器∶定位堆料机在料场的位置

6.2 悬臂俯仰旋转编码器∶编码器的脉冲信号进入到PLC系统，经过PLC的逻辑指令，能运算出布料的每一层悬臂上升的角度。

7 PLC系统

本项目中的回转堆料机的PLC选择了AB公司的1756系列的产品，CPU选用1756-L71产品，采用用以太网通讯，设置司机室的PLC系统为主站，配电室的PLC系统为从站。

7.1 冗余系统∶冗余系统的设计目的是防止由于故障或断电引起的PLC程序的中断，为了保证PLC程序的完整性和连续性，本项目中的回转堆料机设计了电源冗余系统和CPU冗余系统，冗余系统需要在PLC主站上设计两个单独独立的机架，在适配器模块后面再分别放置一个CPU模块、一个以太网模块和一个冗余模块，通过一根冗余电缆把两个机架上的冗余模块连接起来，就构成了CPU冗余系统。

7.2 以太网通讯∶和DeviceNet通讯相比较，以太网通讯具有传输数据量大，传输速度快，成本低的优势，在PLC的主站和从站上分别配置I/O模块机架，机架上放置了电源模块、以太网模块和I/O模块，冗余系统两个机架上的以太网模块分别通过两台交换机，再和PLC的主、从站的I/O模块机架上的以太网连接起来，进行以太网通讯。

8 触摸屏

在回转堆料机的操作台上配置了AB公司的触摸屏，通过以太和PLC通讯，触摸屏设置了操作画面、报警画面和设置画面，可以通过触摸屏的操作画面上的按钮来驱动设备，在报警画面上显示故障报警信息，在设置画面上可以设置更改变频器的频率。

9 无线通讯

为了保证无线通讯信号的可靠传递及程序的完整性和独立性，在中控室放置一台PLC控制柜，由中控室提供控制电源，回转堆料机与中控室的PLC柜的通讯方式是无线通讯，PLC柜与中控室的通讯室硬线干接点方式。

结语

随着科技技术的不断发展，电气设计的发展也是与时俱进，本项目中的回转堆料机应用了PLC系统、冗余功能设计、以太网通讯，DeviceNet通讯和无线通讯等先进的技术，大大地提高了侧式回转堆料机的安全可靠性，操作更加方便灵活。

[1]陶权.变频器应用技术[Z].

[2]胡向东.传感器与检测技术[Z].

TH24 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

A