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使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期 总第 1 7 1 期 西门子 S 7 3 0 0 P L C在堆取煤机中的应用 秦亮 攀钢工程技术有限公司维检分公司 攀枝花6 1 7 0 2 3 【 摘要】 介绍了P L C控制及 变频驱动相关知识， 阐述 了西门子S 7 - 3 0 0 P L C在堆取煤机中的应用及实现 了堆取煤机“ 走行落煤” 、 “ 均匀取煤” 等功能。 【 关键词】 堆取料机P L C 变频器 Ap p l i c a t i o n o f S i e me n s 7 - 3 0 0 P LC i n S t a c k e r - Re c l a i me r Q I N L i a n g Ma i n t e n a n c e C o m p a n y o f P a n s t e e ] E n g i n e e r i n ga n d T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， P a n z h i h u a 6 1 7 0 2 3 【 A b s t r a c t 】I n t r o d u c e t h e r e la t i v e a c k n o w l e d g e o f P L C c o n t r o l a n d v a ri a b l e fr e q u e n c y d ri v e ． E l a b o r a t e t h e a p p l i c a t i o n o f S i e me n s 7 -3 0 0 P L C i n t h e s t a c k e r -r e c l a i me r , a n d f u n c t i o n r e a l i z a t i o n s u c h a s c o a l d r o p d u rin g t r a v e l l i ng ， un i f o r m c o a l pi c k u p． 【 K e y w o r d s ] S t a c k e r r e c l a i m e r ， P L C ， fr e q u e n c y c o n v e r t e r 1 育 玎 言 堆取煤机是通过悬臂皮带把翻车机送来的煤 堆放在煤场的指定位置 ， 再通过斗轮的运转把煤 场的煤挖取送入焦炉。堆取料机有堆／ 取料两种作 业方式。堆料由带式输送机运来的散料经尾车卸 至臂架上的带式输送机， 从臂架前端抛卸至料场， 通过整机运行 、 臂架 回转 、 俯仰可使料堆形成梯形 断面的整齐形状。取料是通过臂架回转和斗轮旋 转连续实现的。物料经卸料板卸至反向运行的臂 架带式输送机上 ， 再经机器中心处下面的漏斗卸 至料场带式输送机运走。通过整机的运行 ， 臂架 的回转、 俯仰， 可用斗轮将储料堆的物料取尽。 2 堆取煤机 自动化控制系统 堆取煤机 自动化控制系统采用西门子 s 7 3 0 0 P L C 控制系统， 将控制模块放到岗位操作室， 输 入输出信号全部通过总线来传输数据， 岗位操作 室 的E T 2 0 0是采用 P R O F I B U S D P 协议 的分布式 I ／ O 设备 ， 应用时s 7 3 0 0 P L C 作为D P 主站通过D P 接 口的C P U连接到 P R O F I B U S 总线 ， 而 E T 2 0 0 作为 D P 从站连接到P R O F I B U S 总线上 ， 通过现场总线 技术 ， 控制系统在岗位操作室与配电室之间只连 接一根现场通信电缆。走行系统将分别采用的4 台Y Z D 2 0 0 L 一 4 ／ 1 6 3 ． 7 ／ 1 l k W型双速电动机全部更 换为变频电动机 Y S P 2 2 5 S 一 8 1 8 ．5 k W 。采用了施 耐德A T V 7 1 变频器控制， 实现了软启动／停止， 从而 避免直接启动对电网的冲击， 同时避免了对堆取 煤机机体的机械冲击， 延长了堆取煤机的使用寿 命， 降低了电能的消耗， 获得较大的经济效益。 该系统由变频器、 主令控制器、 P L C 可编程序 控制器 、 变频电动机、 风机、 液压闸、 分布式I ／ O 设 备等 7 大部分组成 见图 1 。 电动机 电动机 电动机 电动机 电动机 图1 堆取煤机控制系统 2 ． 1 西 门子 S 7 3 0 0 P L C控 制原 理 西门子s 7 3 0 0 P L C 是一种通用性的P L C ， 具有 模块化、 无风扇结构、 易于配置和掌握等特点， 能适 合各种自动化控制场合应用， 尤其是现场总线技术 的分布式系统， 将控制模块放到工作现场， 通过总 一 21 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期 总第1 7 1 期 使用与维护 线传输数据， 更具有灵活性 ， 同时可以节省大量布 线 ， 降低成本。s 7 3 0 0 P L C 在各领域得到广泛应 用， 成为一种既经济又切合实际的自动控制产品u 1 。 2 ． 2 堆取料机 P L C控制 系统编程 堆取料机 P L C系统采用 结构化编程 ， 将 堆取 煤 回转 、 俯 仰 、 走行 、 悬臂皮带 的程序分别利用功 能 F C 编写， O B 1 通过调用F C 块来完成整个 自动 化控制任务。 根据悬臂皮带工艺特殊性， 悬臂皮带按要求 在现场安装有急停开关， 在任何情况一旦停止急 停开关 ， 悬臂皮带不能运行， 必须由岗位人员将操 作室控制转换开关复零位后 ， 才能启动皮带， 在 P L C 控制程序中， 采用R S 触发器、 下降沿等P L C 特 有指令， 在皮带任何一种运行方式， 皮带运行输入 信号I 2 ． 1 或I 2 ． 2 闭合 ， 下降沿指令待命 ， 一旦皮带 由现场急停开关停 止 ， 操作室控制转换开关 不在 零位， 下降沿指令置位R s 触发器， R S 触发器常闭 点断开 ， 现场急停开关复位后皮带也不能启动 ， 如 要启动皮带， 需由岗位操作人员将操作室控制转 换开关打到零位后， 零位接点输入信号对S R触发 器复位， R S 触发器接点闭合， 皮带才能再次启动。 3 堆取料机的变频驱动系统 3 ． 1 变频 器的． 工作原理 交流电动机的同步转速表达式 n 6 O f 1 ／ p 1 式中 n 电动机的转速； ／ 。 电动机的频率 ； S 电动机转差率 ； P 电动机极对数 。 由式 1 可知， 转速 n 与频率 成正比， 只要 改变频率 厂即可改变电动机转速 ， 当 ／ 。 在 0 ～ 5 0 H z 的范 围内变化时 ， 电动机转 速调节范 围非常 宽。变频器即通过改变电动机电源频率实现速度 调节的 ， 是一种理想的高效率 、 商 J生能调速手段 。 3 ． 2 堆 取煤机 变频控 制 系统编 程 堆取料机采用41 8 ．5 k W变频电动机及 2 1 2 0 k W变频器驱动， 变频器运行方式为一开一备， 定期倒换 ， 传动方式为一拖四， 保证走行同步性。 变频器选用施耐德 A T V 6 8 C 1 3 N 4 行 ， 设置走行正向 低速 、 高速、 反向低速、 高速共四个档位 ， 高速用于 调车工况， 低速适用于堆、 取料工况。变频器通过 改变电动机供电频率 ， 从而得到不同的速度， 比起 变极、 降压调速有更多的优越l生。 一 2 2一 堆取煤机走行变频器采用 u ／f C的正弦脉宽 调制 s P wM 控制方式， 其特点是控制电路结构简 单 、 成本较低， 机械特性硬度也较好 ， 能够满足一 般传动 的平滑调速要求 ， 已在各个领域得 到广泛 应用。但是 ， 这种控制方式在低频时 ， 由于输 出电 压较低， 转矩受定子电阻压降的影响比较显著， 使 输出最大转矩减小。 堆取煤机走行 电动机在基频以下调速时 ， 保 持 常数调节 ， 既恒转矩调速 ， 当 减小时 ， 最 大转矩 7 1 M 不变 ， 启动转矩 增大 ， 临界点转速降 A Nm不变 。在电动机调速过程 中， 既保证 了电动 机过载能力不变、 同时又满足电动机转矩不变要 求。实现了“ 走行落煤” 、 “ 均匀取煤” 生产工艺要 求。图2 曲线 1 、 2 和3 分别是堆取煤机基本频率为 2 0 Hz 、 4 0 H z 、 7 5 H z 时的基本 v ／f线。 H 图2 走行变频器控制方式基本曲线 4结束 语 堆取料机是利用西 门子 S 7 3 0 0 P L C现场总线 技术的分布式系统， 可以解决整车控制电缆长期 在 回转移动平台扭转 、 拖动发生 电缆 内部断线的 难题； 操作信号及其显示全不通过控制电缆实现， 使整车外部线 路简单 ， 电气设备与控制装 置只连 接动力电缆即可， 控制节点大大减少； 依据P L C 面 板提示和操作台显示查找故障和维护十分方便， 自动化控制功能得到了提高 ， 生产操作更加安全 可靠； 由走行变频器装置控制电动机直接启动， 实 现 了平滑调速 、 换 向和保证 电动机传动的同步性 ， 电气传动适应生产能力得到了提高。西门子s 7 3 0 0 P L C 现场总线技术的分布式系统和变频器的结 合使用， 在大型移动设备上具有推广的价值。 参考文献 f 1 1 刘锴． 输入 浅 出西 门子 S 7 - 3 0 0 P L C． 北京 航 空航 天 大学出版社， 2 0 0 5 ． f 2 ] ／S 锡禄． 变频器技术与应用． 福州 福建科学技术出 版 社 ． 2 0 0 5 ． 2 0 1 3 -1 2 -1 8 收稿
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