RX94P堆取料機控制系統設計

車程遠

摘 要：本文分析了RX94P堆取料機控制系統運行原理，設計了系統硬件電路，并對系統功能模塊進行了搭建，通過將本系統應用到工程實際表明，采用此控制系統的堆取料機，生產效率及系統人性化操作程度大大提高。

關鍵詞：堆取料機；控制系統；硬件電路；功能模塊

中圖分類號：TH246 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0085-02

堆取料機可以不間斷、均勻地輸送物料，已經被廣泛應用到港口、電廠、鋼廠、礦山等行業中。伴隨著科學技術的發展以及工業4.0和中國制造2025目標的制定，對堆取料機的智能化要求也越來越高，因此，針對其使用功能，設計出滿足用戶要求的控制系統，已成為標志堆取料機設計先進程度的非常重要指標。本文對RX94P堆取料機進行了控制系統設計。

1 系統運行原理分析

1.1 變頻器變頻調速原理

變頻器對供電電源進行整流，即三項橋式整流，三項可控硅整流，再次記性逆變，即直流變為交流的過程，通過控制晶閘管的門極電路的觸發事件及先后順序，以此頻率控制輸出電源的頻率[1]。

1.2 旋轉編碼器工作原理

編碼器通過實心軸、驅動軸兩軸配接的柔性聯軸器耦合傳動。驅動部件為電機、皮帶、小齒輪、測量輪，采用光電掃描技術，用金屬、塑料或玻璃材料制成的圓盤、通過打孔或刻的方法將圓盤沿圓盤圓周方向劃分為等分的透光和部透光區域，光電二極管LED和光敏元件分居碼盤兩側，如果光束順利經過柵孔區域，被光敏元件接收到，即產生一光脈沖。碼盤稍微旋轉后，光束被不透光區域遮攔，則不產生脈沖。隨后這些信息被處理為電脈沖或數字信號。本設計中，為防止多光束由于光束發散引起的串擾影響。要求掩碼光柵和碼盤光柵距離越近越好，并且，同時考慮碼盤在沖擊振動情況的擺動幅度，防止兩者刮擦。故而對碼盤材料選型、安裝距離的把握十分嚴格。

1.3 液壓系統升降原理

堆取料機液壓系統采用液壓隔膜式計量泵的液壓系統，其結構由柱塞、缸體、缸蓋、進出口閥、液壓隔膜式和三閥構成。在工作中由膜片離隔液壓油和介質，液壓隔膜式計量泵柱塞由連桿機構的往復運動帶動進行工作。柱塞在液壓腔內作往復運動，促使液壓油的壓力變化，使液壓隔膜式撓曲位移來輸送介質，液壓腔內液壓油量的相對不變，由三閥的功效來保持。轉載閥自動排出液壓油中步入液壓腔內的氣體。限位補償裝配是借助液壓隔膜式推動限位閥的開放，按液壓腔內的真空度隨時增補油量，保證液壓腔內液壓油的充滿。

2 系統硬件電路設計

根據當地用戶電網質量及多雷雨天等特殊情況，設計選用ABB公司避雷裝置，4P，可達到瞬間保護PLC、變頻器等元件免受雷電等影響。并且根據用戶的具體使用要求及設備總的裝機容量，確定控制柜的殼體尺寸，及裝備所用的銅牌、控制電纜等。在元件選取中，根據電機功率選取適當的變頻器、軟啟動器、接近開關、光電開關、模擬量模塊等。并根據與上位機通訊的需求，強化了通訊接口，使得本設備能夠具備良好的人機交互能力，并對設備本身及操作社進行良好地保護[2]。

（1）供電設計。本系統的供電部分，根據圓料場的供電電壓選取AC380、50HZ這一等級的電氣元件。本機動力電即AC380V電壓，可直接通過設備中心柱的滑環接入本機中，控制電源為AC380V交流電，通過控制變壓器，500W型，變壓至AC220V，此電源為系統的繼電器及控制燈、照明燈等的電源，也要通過直流電源將AC220V電源變至直流DC24V，此電源等級為系統PLC輸入電源，接近開關共電源（2）變頻器控制電路設計。在本系統中，設備的取料行走部分采用變頻器控制，為一拖二控制。變頻器的操控原理為：變頻器與可編程序控制器采用協議通訊的交換方法，開關量與模擬量均能通過所設定協議進行與變頻器間的通訊。本系統采用西門子440系列變頻器，變頻器通過內部設定的固定頻率運行，及自定義啟動、運行、故障點及頻率給定后，在外部啟動運行中間繼電器開點閉合后，變頻器自動按照設定的頻率自動運行。按取料工藝要求，取料機的左右移動速度與回轉方位的關系應是按照現場實際堆取物料的要求而設定，無一定規則，在實現了變頻器與PLC良好通訊的同時，可實現完全自動控制，并把設定通訊訊號，無損的傳遞于上級機構。堆取料機系統行走機構采取變頻控制技術，對于大車行走的平穩性、安全性及電流的脈動沖擊都有較大幅度改善。（3）電機控制電路設計。控制電機采用西門子變頻器操作，正反轉控制，可以在低轉速時獲得相對高的轉矩，從而對堆料行走起到平穩、均勻給料的作用，如圖1所示。

3 系統功能模塊搭建

系統功能模塊指的是，將堆取料機的各個運動環節分開，在各個程序塊設計、調試完好后，組合在一起，完成整個系統，設計簡潔，能及時發現設計中的錯誤，當設備在現場調試時，可根據用戶不同的要求，只在各個系統塊上改動即可，對整體系統的程序改動不大。本系統主要模塊包括[3]：

（1）堆料臂模塊。堆料臂通過液壓系統上升、下降電磁閥控制其動作，并根據料臂出料口1100mm與700mm兩個料位開關控制物料堆積，在物料觸及1100mm開關時，通過PLC內部時間繼電器，延時5秒后，上升結束，并在最后一次觸及料堆時觸及700mm料位開關，此時料臂停止動作，即視為，此處物料堆積完畢，可進行下一步換隊、取料等操作。（2）大車（調車）行走、工作模塊。大車電機與調車電機為同軸電機，并互鎖，大車電機選用變頻調速電機，可控制整個堆料機的工作進給速度，從而控制取料的數量。（3）料耙工作模塊。料耙指的是在取料機上能夠前后行走的機構，主驅動電機為18.5KW繞線式電機，主要靠焊接在機身上電容兩線式接近開關控制前后行走，靠接近開關外側限位開關做極限保護。（4）限位設計模塊。堆取料系統，限位開關及接近開關主要是設置在機身上，只取限位開關上的閉點進入PLC中，接近開關選用直流24V輸入進PLC的輸入端。

4 結語

本文設計了RX94P堆取料機控制系統，通過對系統功能原理分析，硬件電路設計、和功能模塊的搭建，搭建了一套堆取料系統的電控模型，本系統已實際應用于山西某水泥廠，在實際安裝、調試中嚴格執行本設計指導思想，用戶表明該堆取料機生產效率較之以往方案提高效率30%以上，而該系統人性化操作及完善的保護系統對于設備的長期穩定運行提供了良好的保證。

參考文獻

[1]唐濟揚.基于現場總線技術的先進控制系統[J].制造業自動化，2000（07）：95-98.

[2]馮敏，劉宇.自控產品在堆取料機控制系統上的應用[J].變頻器世界，2006（6）：80-81.

[3]孫専勝.臂式斗輪堆取料機新型控制系統的設計[J].中國新技術新產品，2012（4）：129-130.