功率匹配技術在噴漿機電氣控制系統中的實現

賈貴青 劉剛

摘 要：在濕式噴漿機的電氣控制系統中，功率匹配技術的應用是非常重要的一個環節。在液壓系統中閉式泵和開式泵共同作用過程中，全功率匹配的控制策略就起到了更為重要的作用。全功率匹配技術能有效的將發動機的輸出功率實時的分配到閉式泵和開式泵的工作系統當中。全功率匹配技術將發動機的輸出功率進行了合理的利用和分配。在保證了噴漿機作業過程中安全性、穩定性和有效性的同時，也避免了由于過載造成發動機處于不利的工作狀態。既保證了設備的正常運行也保護了發動機的運行。

關鍵詞：電氣控制;PLC;功率匹配;噴漿機

0 引言

隧道經濟的高速發展，鐵路運輸也在快速的發展。目前我國已經進去大規模交通道路建設階段，隨著西部大開發、一帶一路的建設，隧道工程也在快速建設中。為了加快隧道工程的建設，必須提高機械化施工技術，。整體式混凝土噴射機組一種適用于隧道、道路護坡、建筑基坑、地下工程臨時及永久支護的整體式混凝土噴射機組，是利用壓縮空氣或其他動力將按一定比例配比的水泥、沙子、石子和速凝劑的拌合物，通過管路壓送到噴嘴處，以較高的速度噴射到受噴面上，凝結硬化后在受噴面上形成支護層。整體式混凝土噴漿機組減少了粉塵濃度，消除對施工人員健康的危害，降低混凝土的回彈率，改善了噴射混凝土的品質，增加了混凝土的勻質性，提高了工作效率。

1 噴漿機電氣控制對象分析

噴漿機從整體組織結構來講可分為機械結構、液壓控制系統和電氣控制系統等三個大部分，液壓系統中配置的各種電控部件是電氣控制的對象。

功率匹配技術的控制對象主要包括發動機、閉式泵和開式泵和電磁閥等，通過控制發動機的轉速和扭矩，把發動機的輸出功率合理的分配到液壓系統的泵或閥等控制對象上。

功率匹配就是把發動機輸出功率與液壓閉式泵和開式泵吸收功率之間進行合理的匹配。在保證了噴漿機作業過程中安全性、穩定性和有效性的同時，也避免了由于過載造成發動機處于不利的工作狀態。既保證了設備的正常運行也保護了發動機的運行。

2 電氣控制系統介紹

2.1 電氣控制硬件組成

采用德國ifml公司提供的工業車載PLC控制器，該控制器是一種集可編程邏輯控制器、比例放大器、模擬量輸入A/D模塊、繼電器輸出等功能于一身的高性能控制器，豐富的輸入輸出口：DI開關量輸入、AV電壓（0～10V）輸入、AI電流（4～20mA）輸入、FRQ頻率輸入、DO開關量輸出、PWM脈寬調制輸出和H-Bridge輸出等，并且配置了有四個CAN總線接口，用戶可以根據電氣控制系統的要求進行自由的配置輸入輸出口以滿足系統的控制要求。

電氣控制系統采用現場總線CAN-BUS通訊協議基于PLC控制器來實現，主要硬件包括控制器、顯示器、發動機RPM控制踏板、發動機ECM控制器、閉式泵控制比例閥和開式泵控制等，其中控制器之間、控制器和顯示器之間、控制器和ECM之間都是通過CAN-BUS進行數據通訊。

2.2 控制軟件介紹

控制軟件是以IEC61131-3國際標準為基礎開發的Codesys2.3，CoDeSys是可編程邏輯控制PLC的完整開發環境，在PLC程序員編程時，CoDeSys為強大的IEC語言提供了一個簡單的方法，系統的編輯器和調試器的功能是建立在高級編程語言的基礎上。軟件中有5種編程語言，包括IL指令表、ST結構化文本、LD梯形圖、FBD功能塊圖和SFC順序功能圖等。在一個包含多個子程序的文件中，不同的子程序允許用不同的編程語言編寫程序代碼。標準規定了一般的軟件模型，包括程序、任務、功能塊、資源和配置等幾個部分，而根據不同的通訊要求，標準又規定了內部通訊、局變量通訊、外部變量通訊和使用存取路徑通訊等四種通訊模型。

3 功率匹配技術的實現

3.1 開式系統的控制策略

一般情況下，開式系統中配置的變量泵均為負載敏感控制泵，變量泵的排量由負載決定，受控于從控制閥反饋回來的LS壓力。在此，為了進一步確定該變量泵在其工作過程中消耗的發動機功率P1，在變量泵的高壓油口安裝了一個壓力傳感器，用于實時監測開式變量系統的工作壓力Δp1。在一定范圍內，各個動作控制閥的流量總和即為當前變量泵的供油量Q1。所以，PLC電氣控制參數將控制各個控制閥的最大流通量總和不大于變量泵自身的最大供油量，進而保證計算過程中變量泵供油量Q1的有效性。

通過PLC控制器根據當前工作壓力Δp1的變化實時調整控制閥的流量總和Q1，就可以將該變量泵消耗的發動機功率P1控制在可允許的范圍之內。

3.2 閉式變量系統的控制策略

本文涉及到的閉式變量泵的排量是由電比例閥控制的，泵的排量輸出由電比例閥的閉合度決定。因此可根據PLC控制器輸出的控制電比例閥的電流信號來推斷出當前該泵的大概輸出排量Vq，由安裝在管路上的壓力傳感器提供壓力Δp2。

當負載變化，即閉式泵的工作壓力Δp2發生變化時，通過調節電比例閥來實時調整閉式泵的排量Vq，可使閉式泵消耗的發動機的功率P2穩定在一定范圍之內。

根據開式變量系統的控制和閉式變量系統的控制分析可知，如果各自分配的功率一定，則系統的工作壓力與泵的供油量在一定范圍內呈雙曲線關系。也就是說，當工作壓力很大時，泵的供油量會很小，設備因動力不足而停止工作，為了保證設備的正常運行，通過PLC控制程序可為不同的工作泵設置功率消耗優先級，重新分配各個系統對發動機功率消耗的占比關系，達到功率匹配過程中各種動作之間協同控制的目的。

4 結束語

本文研究了發動機與液壓閉式泵、開式泵等三者之間的功率匹配關系，進行了基于PLC控制器的相應控制策略的分析，該控制策略不僅提高了發動機輸出功率被利用的有效性，而且也保證了發動機在運行過程中不會出現由于過載而導致損壞的現象。

參考文獻：

[1]張志男，賈強樂.基于PLC全功率匹配技術在平板車電氣控制策略中的實現[J].中國科技縱橫，2013（09）：41.

[2]張盛楠，張鵬，楊純等.最佳匹配變功率匹配技術的應用[J].工程機械與維修，2013，000（011）：108.