基于PLC的桥式滚筒混匀取料机电控系统的应用研究.pdf

基于 P L C的桥式滚筒混匀取料机电控 系统 的应用研究 郭媛 邓江洪 1武钢大学信息工程学院 武汉4 3 0 0 8 1 2武汉科技 大学机械 学院 武汉4 3 0 0 8 1 摘要介绍了桥式滚筒混匀取料机的结构及工作原理，并以 Q L G 1 5 0 0 ． 4 0 A型桥式滚筒混匀取料机的电气 控制系统为研究对象，分析了基于 P L C的控制系统组成及实现方式。针对在使用中出现的行走偏移和冲击现象， 提出了行走机构纠偏控制策略和料耙速度控制策略，给出了纠偏控制曲线、比例阀控制曲线和采用比例阀进行 速度控制后的压力曲线。现场使用证明采用上述方法后，行走偏移和冲击控制在允许范围内，可作为类似具有 大跨度桥架的行走机械和重载快速往复运动机械设计时的参考。 关键词桥式滚筒混匀取料机；P L C；电气控制系统；纠偏控制；速度控制 中图分类号U 6 5 3 ． 9 2 8 ． 5 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 0 20 1 1 3 0 4 Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e s t r u c t u r e a n d w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e b rid g e d rum t y p e b l e n d i n g r e c l a i me r ， a n d a na l y z e s t he PLC ba s e d c o n t r o l s y s t e m c o mpo s i t i o n a n d r e a l i z a t i o n t y pe wi t h t h e e l e c t r i c c o n t r o l s y s t e m of c e r t a i n Q L G1 5 0 0 ． 4 0 A b ri d g e d rum t y p e b l e n d i n g r e c l a i m e r a s t h e s t u d y o b j e c t ． I n v i e w o f t r a v e l l i n g d e v i a t i o n a n d i mp a c t p h e n o m e na i n s e r v i c e，t h e pa p e r p ut s f o r wa r d t he runn i ng g e a r d e v i a t i o n r e c t i fic a t i on c o nt r o l a nd c l a w s p e e d c o n t r o l s t r a t e g y， g i v e s t h e d e v i a t i o n r e c t i fi c a t i o n c o n t r o l c u rve ， p r o p o r t i o n a l v a l v e c o n t r o l c u rve， a n d t h e p r e s s u r e c u r v e a f t e r s p e e d c o n t r o l wi t h t h e p r o p o r t i o n al v a l v e ． A f t e r t h e a b o v e me t h o d s a r e a d o p t e d o n s i t e ，t h e run n i n g d e v i a t i o n a n d i mp a c t c o n t r o l a r e w i t h i n t h e a l l o w a b l e s c o p e ，w h i c h c a n b e r e f e r e n c e f o r t h e d e s i g n o f l a r g e - s p a n b ri d g e t r a v e l i n g ma c h i n e r y a n d h e a v y l o a d ma c h i n e ry wi t h r a p i d r e c i p r o c a t i n g mo t i o n ． Ke y wo r d s b ri d g e d rum- t y p e b l e n d i n g r e c l a i me r ；P L C；e l e c t ri c c o n t r o l s y s t e m ；d e v i a t i o n r e c t i fi c a t i o n c o n t r o l ；s p e e d c o n t r o l 取料机是散状矿物原料 预均化 的关键设备 之 一 ，并完成堆料场物料 的挖 取。桥式 滚筒混匀 取 料机因其取料 能力大且取料连续性好 ，被广泛 用 于钢铁企业 的铁 矿石堆场、发 电厂的煤堆场及 大 型码头的堆场 。 1 桥式滚筒混匀取料机工作原理 桥式滚筒混匀取料 机主要包括 料耙机构 、滚 筒机 构、行 走机 构及 驱动 部分 、桥架 箱体 部分 、 电控 系 统 ，此外 还 有卷缆 、润 滑等配 套 部分 。 主要完成 的功能包 括 端面耙 料、下 部挖料 、筒 内运料 、两侧 行走。具 体工作 原理 为滚筒 支撑 在桥架 中间 ，由左端 电机一减 速器驱动绕 自身轴 线匀速旋转。滚筒上 均匀装有铲 斗，滚筒旋转 时 带动铲斗转动 ，随着铲斗与堆料端面倾角的改变 ， 完成挖料，物料滑落至横贯于滚筒中的运料带式 起重运输机械 2 0 1 5 2 输送机上 ，运料 带式输送机将物料运送 到滚筒右 侧外部的地面出料带式输送 机上 ，运往仓 库。料 耙机构由料耙 和料 耙驱动小车组成 ，料耙 为三角 桁架结构 ，在桥 架前 面，与料堆 接触 ，其倾 角可 调 ，驱动小 车沿桥 架上 表 面导轨往 复直 线运 动 ， 带动料耙在堆料端 面左右往复运动 ，可完全覆盖 料堆的端面。料耙 的振动 和来 回切取各料 层 ，及 物料 自然滑落作用 ，使不 同层面的物料达到混匀。 桥架两端 支腿底 部安装有行走机构 ，带动取料机 沿地面导轨 向料堆端 面进 给或退 回。此外 ，卷缆 机构通过调整桥架及动力 电缆 的长 度 ，保证取料 机在往复运行过程 中供 电正常 ；润滑系统保证对 减速器等补充润滑油 ，减少磨损。取料机 的电控 系统安装于桥架箱体 内，包括 电机 的供 电、机 内 照 明等及 电气元件和执行机构运动状态的控制与 状态监测 。 一 1 1 3 2 基于 P L C的电气控制系统 桥式滚 筒混 匀 取料 机 的 电气 控 制 系统 是 由 P L C 、交流接触器等电气元件组成的系统 ，包括完 成 电机启停 、转 向切换 及速 度调 节等控 制功 能 ； 出现故 障时，对设备 元件 的保护功能 ；通过指示 灯、人机界面等元件 ，为操作人员 提供设备运行 状态的监测功能 ，以及对设备各状 态参数进行测 量，并转换为工程量进行显示和记录的功能。 具体组成及相互关系见图 1 。检测元件 中，速 度检测是通过检测变频器 的输 出值计算取料机 的 运行速度 ，变频器 的输 出值与 电机 转速成 正 比； 纠偏检测是检测桥架 与支腿的端面距离 ，作 为判 定两侧行走 轮是否 同步的依据 ；限位开关是液压 驱动料耙系统中，判断料耙加速度及换 向的依据 ； 压力检测是调试料耙液 压系统压力 和故障排查 的 依据；电流检测是通过 变送器检测 电机 电流，作 为判断是 否过载的依据。按钮是取料机 手动和半 自动模 式下 ，操 作人 员与设 备完 成交互 的媒 介 ； P L C是控制 中枢 ，完成程序 所编写 的功 能；人机 界面是人机交互设备，显示设备状态信息及触发 P L C程序 。与传统控 制方法相 比，基于 P L C的电 气控制系统具有结构简单 、可靠性 和 自动化程度 高的优点。桥式滚筒 混匀取料机 的 P L C控制重点 为行走机构纠偏控制和料耙机构 的速度 控制。本 文以某大型钢铁企业港 口料厂的 Q L G 1 5 0 0 ． 4 0 A型 桥式滚筒混匀取料机为例 ，重点分 析基于 P L C控 制的行走机构纠偏和料耙速度控制部分。 控制对象 执行元件 检测元件 1 ● 一 继电 器 电 机 滚筒 位 置检 测 ②I 交 流嘲 H 器 冷 却 器 ⑥ 胶带 速度 检测 变频器 加热器 卷筒 纠偏检测 软启动器 阀门 料耙 限位开关 压 力 检 测 圆圆 泵 行 走 机 构 电 流 检 测 图 1 电气 系统组成 图 3 基 于 P L C 的桥式滚筒混 匀取料机行走 机 构 纠偏控 制 桥式滚 筒混匀取料机桥架两端分别安装两个 车轮 ，每个车轮 由一组 电机一减速器驱 动，并通 过一台变频器控制 电机转速 ，电机转动时带动取 一 ll 4 一 料机 整体 在 导轨 上 移 动。但 是 由于桥 架跨 度 大 4 0 m ，当两端车轮转速不一致 ，桥架偏离与导 轨垂直位置 ，会导致 车轮别 劲不能行走 ，甚至 出 现脱轨等事故。因此 ，行走机构纠偏 是桥式滚筒 混匀取料机的控制重点。 Q L G 1 5 0 0 ． 4 0 A型桥式滚筒混匀 取料机纠偏控 制 ，采取给定桥架两端 刚端和柔 端 电机基本 转速 ，根据测得偏斜值 ，调整柔端电机转速，消除 偏斜的纠偏策略。柔端两台电机控制一致 ，图 2为 其中一 台电机的电气图，变频器的 1 、2端子 间输人 为给定转速信号，与设定 电机转速成 比例 ，3 、4端 子间输人为纠偏信号，大小根据偏斜程度改变，柔 端电机转速实际控制信号为给定信号和纠偏信号之 和。四台变频器的给定转速信号相 同，柔端两台变 频器纠偏信号相同，刚端变频器无纠偏信号。 L1 1 L1 2 L1 3 N 1 1 1 l 3 5 - Q 蝌 2l 4 6 U 41 l V4 1 W4 1 l KB X-L 1 21 2 2 2 3 U 1 V 1 W 1 1 21 31 41 51 9 3 63 7 1 61 8 1 2 3 4 图2 柔端电机电气回路 偏斜测量采用磁感应位移传感器 ，传感 器 固 定在柔端支腿上 ，感应支腿 表面与桥架箱体 结构 间缝隙距离 ，根据距离判 定偏斜值。当传感 器输 出大于 0 ． 2 V，则表 明柔端超前 ，纠偏信号 为负 ； 当传感 器输 出小 于 一0 ． 2 V，则 表示 柔 端滞 后 ， 纠偏信号为正；当传感器输出在 一 0 ． 2 0 ． 2 V之 间，两端在偏 斜允许范 围内 ，纠偏信 号为 0 见 图 3 。 4 基于 P L C的桥式滚筒混匀取料机料耙驱 动小车速度控制 某 厂原 Q L G1 5 0 0 ． 4 0 A型桥 式 滚筒 混匀 取料 起重运输机械 2 o 1 5 2 纠偏信号 图 3 纠偏信号 定转速 机料耙驱动 小车 ，采用 电机一减 速器-一 曲柄 连杆 驱动，但 由于故障频发 J ，改为液压系统驱动。 料耙与液压缸螺栓连接 ，采用 比例 阀配合 压力补 偿器 ，控制液压缸 的速度 和方 向。由于取 料机料 耙负载重 、速度快 、往复运动 ，液压系统具有 高 压大流量 、阀口频繁开关 的特点 ，易产 生液压换 向冲击 J ，因此该系统的速度控制必须在满足 料耙行 程 和 周 期 要 求 的前 提 下 ，降 低 换 向加 速度 。 料耙 液压 系统 的温度传 感器测 试 油液温 度 ， 作为加热器和冷却器工作的依据 ，保证油温在 2 5 ～ 4 5℃ ；压力传感器测试液压 系统压力 ，作为设 备调试 、状况监测及故 障排查 的依 据 ；压差 发讯 器检查过 滤器是否堵塞 ；感 应式开关检测料 耙的 位置 ，并作为触发信 号 ，激 活速度控 制程序 ；热 继电器用 于检 测 电机是否 过载 。被 控制元 件 中， P L C控制继 电器线 圈触 点开 闭状态 ，间接控 制交 流接触器、电磁溢流 阀的线 圈得 断电 ，同时 P L C 通过改变模拟量输出值大小，控制比例方向阀的 开 口度 ；执行元件 为液压缸等。该 部分控制 重点 是比例方 向阀的流量控制 ，控制方法如图 4所示 ， 该系统设置了 4个感应式 限位开关 A、B 、C、D， 沿料耙运动方 向，从左 往右依次安 装 ，以监 测料 耙的位置。将比例阀的控制信号 曲线分成 8段 ， 分别 为 a 、b 、C 、d 、e 、． 厂 、g 、h 。当料 耙 向右 运 动 ，经过感应开关 A，料耙速度开始增加 ，比例 阀 给定信号按曲线 0 增加；当料耙向右运动，经过 感应开关 B ，比例 阀给定信号为 b 段 ，是定值 ，料 耙向右按 设定最大速度匀 速运行 ；当料耙 向右运 动 ，经过感应开关 c，比例 阀给定信 号为 c段 ，料 耙向右减速运动 ；当料耙经过感应开关 D，比例阀 起重运输机械 2 0 1 5 2 信号发生跳跃 ，为 d段 ，然后信号为 曲线 e 段 ，料 耙反 向加速 ；料耙 向左运动 经过感 应开关 C后 ， 比例阀信号保持在 段 ，料耙 向左匀速运动 ；料耙 向左运行经过感应 开关 B后 ，比例 阀信号为 曲线 g ，料耙向左减速运动 ；料耙 向左经过感应开关 A， 比例阀信号按 h跳变后 ，料 耙立刻反 向，然后进 入 0段 ，开始下一循环过程 j 。图 5所示 为实际 测得的压力 曲线 。 翟 爱 图4 比例阀信号曲线 时间／ 1 0 6 ms 图5 料耙信号与压力对比曲线 现场使用证明1 采用六边形控制信号系 统冲击压 力远小 于采用矩 形控制信 号 ；2六边 形控制信号 在 换 向时 数值 差 是影 响 冲击 的关 键 因素。 5 基于 P L C 的桥式滚筒混 匀取料机 画面 控制 Q L G 1 5 0 0 ． 4 0 A型取料机的人机界面采用 G P一 2 5 0 0 ，组态软件采用 G PP R O ／ P B I I I ，画面分为主 画面等 8个 画面 ，主要完成整体设 备及各组成部 分的状态监测 。它将 P L C的数字输入信号 表示 为 虚拟 “ 按钮”和 “ 指示灯” ，将模拟输入信号转换 成工程量以 I ／ O域及虚拟 “ 仪表 ”显示 ，此外将 故障显示在报警窗口。 6 总结 本文以某钢铁企业港 口 Q L G1 5 0 0 ． 4 0 A取料机 为对象介绍 了桥式滚筒混匀取料机工作原理和基 于 P L C的桥式滚筒混匀取料机 的 电气控制系统组 一 】】 5 一 正压密相气力输送在机车上砂中的应用 孙凯峰姜琳农时猛王鑫 北京康拓红外技术股份 有限公司 北京1 0 0 0 9 5 摘要对机车用砂的目的及国内现有机车砂箱的技术参数进行了介绍 ，并重点介绍了一种以正压密相栓 塞气力输送原理为基础的铁路机车固定式上砂系统 ，包括系统的整体布局、设备构成及工作原理等。， 关键词 机车砂箱；气力输送；正压密相输送 中图分类号 T H 2 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 O 20 l 1 6 0 3 Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e p u r p o s e o f l o c o mo t i v e s a n d an d t e c h n i c a l p a r a me t e r s o f d o me s t i c e x i s t i n g l o c o mo t i v e s a n d b o x ． f o c u s i n g o n t h e fi x e d s a n d i n g s y s t e m o f r a i l l o c o mo t i v e w i t h t h e p o s i t i v e p r e s s u r e d e n s e p h a s e p n e u mi c c o n v e y i n g p rin c i p l e a S t h e b a s i s ，i n c l u d i n g o v e r all l a y o u t ， e q u i p me n t c o mp o s i t i o n， a n d w o r k i n g p r i n c i p l e ． Ke y wo r d s l o c o mo t i v e s a n d b o x；p n e u ma t i c c o n v e y i n g ；p o s i t i v e p r e s s u r e d e n s e p h a s e p n e u ma t i c c o n v e y i n g 截至 2 0 1 2年底 ，中 国铁路 和谐 机车拥 有量 己超过 6 0 0 0台，这些机车分别交付 1 2个铁路 局 ，由 3 1个 机 务 段 支 配 使 用 ，遍 布 全 国铁 路 网。随着 铁路 系统 改 革 和铁路 提 速 ，机 车用 砂 量也 随着 高速 紧急制 动 、空 转 和启 动频 率 的增 加而 不断攀 升。为 确保 机 车在 需要 用砂 时有充 足的储备 ，在机 车 整备 时不 断 为其 提 供足 额 高 质量 的机 车用 砂 ，将 成 为机 车 整备 日常管 理 的 重 要 一 环 。 本文介绍利用正压密相输送原理 的机 车 固定 式上砂 系统 ，该系 统专为 铁路机 车上 砂而 开发 ， 可有效提高上砂作业效率 ，降低劳动强度并改善 原有上砂作业环境污染严重的局面。 1 机车撒 砂 1 ． 1 机车撒砂 目的 机车撒砂设备 的安装 目的是利用机车用砂 来 增加车轮与路轨 的摩擦力 ，缩短制 动距离 和增加 攀斜 的摩 擦 力 。铁 路始 创 以来 ，撒砂 设 备 主要 给大轮 处 的蒸 汽机 车 主轴使 用 。现今 ，无论 是 铁路机 车 、动 车还 是城 市有 轨 电车或 地 铁 ，为 在恶劣天气下 如 冬 天或 潮湿 气候 下 能 更有 效地增加车轮 与 铁轨 间的摩 擦 等 级 ，保 证 铁路 车辆 的有效运 行 动力 和 有效 制 动 力 ，确 保 列 车 运行安 全 ，都 配 置 有 不 同结 构 的 自动 撒 砂 设 备。 1 ． 2 机车砂箱技术参数 当前 ，我国铁路 干线运输 担 当机车牵 引任务 的车型主要有 以下几种 系列 东风 内燃 系列 、韶 山电力系列 、和谐 内燃系列 、和谐电力系列、N D 5 内燃机车和 N J 2内燃机车。下表列举 了上述各 型 号机车砂箱的容量信息。 成及特点 ，重点分析 了行走机构纠偏控制 和料耙 速度控制 ，在 现场运行 中，基本 消除 了偏斜 ，降 低了料耙工作时的冲击。 参考文献 [ 1 ]张国号 ，蒋 贞 荣 ．滚筒 式 混匀 取料 机 电 控系 统 改进 [ J ] ． 起重运输机械 ，2 0 0 1 5 3 4 3 6 ． [ 2 ]沈雄伟 ，邓江洪 ，纪海燕 ，等 ．混匀取料机料耙传动 机构 的液压改造 [ J ] ． 液压与气动，2 0 1 2 3 1 1 4 1 1 6 ． 一 1 1 6 一 [ 3 ]李涛，陈新元，邓江洪 ．混匀取料机料耙液压传动系 统的优化[ J ] ． 机床与液压，2 0 1 4，4 2 4 2 93 1 ． [ 4 ]刘昌吉，李远慧，陈新元，等 ．比例阀在混匀取料机 料耙液压系统中的应用 [ J ] ． 机械工程师，2 0 1 3 1 8 2． 8 3． 作 者邓江洪 地 址武汉青山和平大道9 4 7号 2 3 3信箱 邮 编4 3 0 0 8 1 收稿 日期2 0 1 40 91 9 起重运输机械 2 0 1 5 2