淺談圓形料場的電氣控制系統

武海虹

（太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024）

引言

長期以來開放式儲料場，特別是污染性大的物料對周邊地區的環境造成了嚴重的污染，先進環保的全封閉式圓形煤場及其設備已得到人們的廣泛重視，全封閉式圓形料場在周邊地區的環境保護發揮越來越重要的作用。

圓形料場中的物料由圓拱球冠形鋼結構網架屋蓋和環形筋板式鋼筋混凝土擋料墻將其封閉起來，輸送棧橋及轉運站也用彩鋼板封閉起來，這樣就能夠保證物料在運輸和堆放過程中始終處于全封閉狀態，較好地解決了儲料場對其周圍環境的污染問題。

1 機械結構

圓形料場主要由料倉、進出料系統、堆料機、取料機和中心立柱五部分組成，取料和堆料作業時具備兩個層次分明的堆料回轉機構和取料回轉機構，使懸臂料機和取料機形成兩套互不干涉、相對獨立的運行系統，實現同時進行堆料和取料作業（見圖1）。懸臂堆料機由皮帶堆料機和進料帶式輸送機組成。取料機由刮板取料機、中心錐形料斗、出料帶式輸送機組成。進料皮帶鋼結構棧橋的終端跨在圓形堆取料機的中心立柱的頂部；取料刮板機是由橫跨在圓形料場的半門架結構所支撐，這種取料機也稱門架式取料機，門架的另外一端支撐在安裝于圓形料場的擋墻上部的圓周軌道上，通過臺車組實現驅動回轉，因此，門架式取料機可通過取料回轉機構繞著中心立柱做定心旋轉。

圖1 圓形料場機械結構圖

2 工作原理

2.1 堆料機工作原理

堆料機回轉到預堆料的料倉區域，調整堆料機俯仰角度至最低位置，并開始按要求進行定點堆料。物料由頂部棧橋上的入料膠帶機運進料倉并通過落料抖落到堆料機懸臂膠帶上，并由懸臂頭部卸料。

堆料時堆料機在一點開始堆積物料，隨著物料堆積高度的增加，不斷調整俯仰角度，直到逐步將物料堆到預定高度，形成一個圓錐體，然后堆料臂回轉一定角度后，繼續堆料，料堆達到預定高度后繼續回轉設定的角度堆料，如此往復，直至將預定堆料區域堆滿或接到停機（調車）指令后停車（調車）。

2.2 取料機工作原理

取料機在料堆另一側進行取料作業，首先運行到指定取料區域，然后通過變幅機構將取料臂降到料面上并深入料堆的一個預定深度進行取料，取料的同時門架和取料臂按設定的行走速度向一個方向（如順時針）進行回轉，直至將預定角度內的一層物料全部取凈。取料臂每取完一層物料后，按預置的指令下降相應的角度（即相應的取料深度）繼續取料，同時取料臂向另一個方向（如逆時針）回轉，如此反復，將該區域內物料逐層取出，除非取料過程中有特殊調車指令，否則直至該區域的物料全部取凈后才將取料臂升到39°，更換取料區域。

3 控制方式

圓形料場的堆取料機整體電氣控制系統采用可編程序控制器（PLC）和人機界面（工控機）做整機的主控單元，進行整機各部分的集中控制，協調整機的連續生產過程，同時，工控機可以監控全機的運作情況以及故障狀態，并做出相應的處理和報警（如圖2所示）。

圖2 圓形料場控制系統機構圖

3.1 堆料機控制

堆料皮帶的驅動裝置采用電機軟起動；回轉驅動裝置采用變頻器驅動；俯仰機構采用液壓缸驅動方式。

3.2 取料控制

取料刮板的驅動裝置采用電機軟起動；回轉驅動裝置采用變頻器驅動；取料機變幅驅動裝置采用變頻器驅動。

4 操作方式

4.1 手動操作模式

在司機室的操作臺及工控機上完成，主要作用是完成堆取料機各部分的手動操作，堆取料機各部分之間設有安全可靠的聯鎖。

4.2 PLC半自動操作

操作人員只需根據中控室指令，將堆料或取料作業的作業地點、作業距離等參數輸入到PLC里，并得到PLC確認后，按啟動按鈕，PLC即可根據上述作業參數對設備進行自動控制，完成堆料或取料作業。各機構除必要的保護外，機構之間還設有聯鎖，以保證設備的安全。

4.3 機旁就地操作

為方便各機構調試和檢修，在主要機構附近設置就地操作箱，主要用來控制各部分機構的點動操作，各機構動作時無聯鎖關系，操作時，必須做好安全措施。

5 機構動作流程控制

1）開啟堆取料機主電機電源。

2）開啟堆料機回轉功能，將堆料機回轉至堆料位置。回轉機構設有四個限位，左右兩個方向的限位及極限限位。當回轉達到限位時報警，達到極限限位時，自動停止回轉動作。

3）操作俯仰裝置，將堆料機俯仰至所需堆料角度，俯仰機構同樣設置限位以及極限限位。

4）開啟堆料皮帶功能，同時開啟進料皮帶，并打開抑塵系統。皮帶機設有拉線、跑偏、速度檢測、物料檢測等檢測開關，用于保證皮帶機的安全運行及對故障進行報警。

5）隨著堆料運作過程的進行，俯仰油缸驅動堆料機進行俯仰操作以調整堆料高度，滿足堆料高度的需要。

6）在堆料機工作的同時，開啟刮板取料機行走（回轉）裝置，將取料機移動到需要取料的位置。

7）通過變幅機構調整取料機的高度，將取料機降至料面上并深入料堆的一個預定深度。

8）先開啟刮板取料機的刮板機，再開啟行走（回轉）裝置帶動取料機在環形軌道上移動，通過調節行（回轉）走裝置的移動速度以滿足不同取料量的需要。刮板取料機上設有高低位物料檢測開關，以控制取料機的回轉及俯仰。

9）在開啟刮板取料機的同時，啟動下部出料皮帶機將所取物料輸送至轉運站。

10）刮板取料機與出料皮帶機之間安裝有活化給料機，可將取料機所取煤料定量散落在出料皮帶機上，防止物料集中將皮帶機壓死。

11）當堆料結束后，先將入料皮帶機停止，然后再停止堆料皮帶機。

12）當取料結束后，將取料機通過變幅機構提升至最大角度，便于對取料機的回轉移動。

13）完成以上操作，可進行下一次堆料或取料，重復上述步驟。

6 聯鎖系統

1）堆料膠帶機與入料皮帶機進行聯鎖，保證當入料皮帶機啟動時，堆料皮帶機處于工作狀態。

2）堆料膠帶機與抑塵系統進行聯鎖，保證當堆料膠帶機工作時，抑塵系統處于開啟狀態。

3）堆料膠帶機與回轉機構進行聯鎖，當堆料膠帶機工作時，回轉機構不能啟動。

4）堆料膠帶機與刮板取料機進行聯鎖，當堆料膠帶機處于部分工作范圍狀態時，刮板取料機的行走裝置應保證取料機與堆料機之間的安全距離，防止發生碰撞。

5）刮板取料機與行走機構進行聯鎖，當行走機構處于調車狀態時，刮板取料機應處于上仰最大狀態，防止與物料發生碰撞。

6）變幅機構與行走（回轉）機構進行聯鎖，在變幅機構處于工作狀態時，行走（回轉）機構不能啟動。同時行走機構工作時，變幅機構不能啟動。

7）堆料機與取料機之間應設置有安全角度，防止發生碰撞。

8）堆料機與取料機分別設有物料檢測裝置，防止與物料發生碰撞。

7 結語

圓形堆料場整體采用了PLC及工業級工控機兩級控制系統，全面提升設備的自動化控制水平，減少維護及操作人員，大幅度減低生產運行及維護成本，大大提高了整個物料輸送系統的生產效率和設備的安全可靠性能。