基于PLC斗輪堆取料機的控制及改進

黃斌

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

隨著現代社會中經濟迅速發展，交易、運輸等工作需求也越來越大，而港口、碼頭及一些制造業對于物料運輸的要求也越來越高，斗輪堆取料機作為一種大型機械設備，能夠集約性、高效率地運輸散料，對于工作的效率、質量保證和提升都發揮著重要的作用。而PLC作為斗輪堆取料機的核心控制系統，直接影響著設備的運轉穩定性、安全性和效率因素，因此，要加強對斗輪堆取料機的控制和改進，基于PLC進行研究是有效方法。本文將從該控制系統本身相關原理出發，找出和分析當前PLC控制系統中存在的問題并提出相應的優化改進措施。

1 斗輪堆取料機PLC控制系統概述

1.1 斗輪堆取料機概述

斗輪堆取料機是一種常見的帶式傳送機械，在當前社會經濟迅速發展、運輸需求加大、物料轉運工作量大的背景下，其成為物料轉運的專用大型機械。根據結構進行區分，斗輪堆取料機可以分為兩種，分別是臂式和橋式。相對于傳統的機械組合，斗輪堆取料機本身的組成部分包括傳統斗輪挖掘機、帶式傳輸機等多種物料運輸裝卸機械，其單位時間內設計生產能力更高，在運輸、轉運工作中的工作效率更加顯著。

1.2 PLC控制系統概述

斗輪堆取料機中，運行機構是非常重要的，其運行時需要通過介入強電系統。斗輪堆取料機的運行規模大、工作強度高、工作時間長，因而其所需的控制規模也很大。PLC技術能夠實現在斗輪堆取料機運行中的自動化控制，提高機械操作的效率，讓操作人員實現設備功能的操作以及優化。針對機械常用的功能，PLC控制系統中設計了不同的控制模塊，以此實現對功能和操作的劃分，并且提供基礎，讓機械的操作人員能夠選擇更加合適的功能來應對機械設備的運行環境。當機械控制系統出現問題后，就會導致作業效率和質量下降，甚至出現安全問題，這時，就可以調節具體的模塊來幫助操作人員完成任務。

1.3 PLC控制系統的控制方式

PLC控制系統的模塊的各自組成部分，主要包括各自的CPU、電源等，并在此基礎上提供斗輪堆取料機運行所需要的必要條件。當斗輪堆取料機整體運動時，機械的動力依靠交流電機來提供；斗輪堆取料機的重要作用在于對物料進行運輸，通過穩定的運行來保障工作作業的完成和效率，而其工作的穩定性、安全性，也即對物料輸送過程中的狀態，要依靠PLC控制系統在接受指令后，通過變頻器來控制機械整體進行；PLC控制系統還通過三相交流電機來控制尾車皮帶的運行，而操作人員也會通過計算來提高運行效率，保持運行荷載范圍安全的同時實現最優動力；斗輪堆取料機的斗輪驅動的控制原理在于，要保證動力在荷載范圍的控制內，避免出現超負荷的運轉，并且檢查斗輪堆取料機的供電系統穩定性情況，避免電流變化以及不穩定情況對系統元件有可能造成的損害，同時，還需要留意信號接收方面的問題，這樣的控制原理實際上同尾車皮帶運行控制原理相同。

2 斗輪堆取料機PLC控制系統中存在的問題

2.1 抗供電系統波動干擾性較弱

由于各種因素的影響，目前，我國常用的斗輪堆取料機PLC控制系統多數為歐美所出產，其在使用過程中，自身的質量較高，運行較為穩定，安全性也有所保證。在這樣的背景下，目前，機械作業、運輸等過程中，斗輪堆取料機PLC控制系統所出現的問題多數是由于外部的因素干擾而導致的，例如，運行振動導致的系統連接松動、線路電路問題導致的系統數據丟失等，而抗供電系統波動干擾性較弱，是其首要存在的問題。

首先，由于運行的強度大、要求高，斗輪取料機在運行時，需要接入的是強電系統，而在工作環境下，同一強電系統內，不同的大型機械和設備都會接入，當這些機械和設備開關、提速降速時，都會導致電流變化進而影響強電系統內的波動，在這個過程中，變頻器等電流交換裝置則會發出高頻次諧波，會嚴重沖擊設備的控制系統。其次，部分情況下，電網中會出現短路故障問題，這一故障也會引起電網的波動并干擾PLC系統；最后，斗輪堆取料機的運行本身是需要內部多個機構同時進行的，也就需要不同的電機共同開展工作，而當啟動電機的時候，電流會發生瞬間的幅度較大的波動，容易導致PLC系統產生問題。

2.2 抗磁場和感應電干擾性不強

斗輪堆取料機的PLC控制系統的操作，采用的是遠程I/O，數據的傳輸、儲存以及對數據的相關處理，都要依靠遠程站通過總線來連接斗輪機控制系統而進行。而數據信號的傳輸穩定性和性能就影響了PLC控制系統與遠程站之間的通信質量，一方面，由于本身斗輪堆取料機的生產工作環境較為復雜，尤其容易產生振動、噪聲等，這些外部環境因素都會影響數據信號的傳輸，而另一方面，變頻器轉換不同的轉速之間時，會產生諧波，其諧波也會對數據信號的傳輸造成嚴重的干擾，導致通信故障，也進一步引發了斗輪堆取料機控制系統的運轉問題。

2.3 PLC控制器電路連接不夠穩定

斗輪堆取料機本身的工作環境是較為復雜且污染較為嚴重的，其中，噪聲、振動以及一部分粉塵污染問題，都容易影響設備的運轉，使連接線路因為振動等原因松脫，或是由于環境而短路，控制系統的電流運轉回路不能正常進行，控制系統本身的工作也就受到了阻礙。此外，強電系統接入的工作下，斗輪堆取料機本身除了由于電流的瞬間波動而容易產生的電器元件損壞問題外，還有可能出現長期性、潛伏性的安全隱患，當瞬間電流變化過多以及強電流通過時間長時，電路的使用壽命就容易縮短，產生老化現象，這也會引發安全問題，引起安全故障，對設備的安全、工作人員的人身安全以及工作作業進行都是較大的威脅。

3 針對斗輪堆取料機PLC控制系統的改進措施

3.1 優化PLC控制系統設計

由于容易受到供電系統波動以及磁場感應電的干擾，PLC控制系統容易出現相應的故障問題，針對這種問題，優化和改進最主要的措施是為控制系統添加隔離裝置，并且更換優化線路的材質，從而降低相應干擾，也提高控制系統中相應的抗供電系統波動干擾性、抗磁場和感應電干擾性。其中，隔離裝置的添加要注意主要目的是隔離變壓器以及屏蔽電纜，采用380V轉220V隔離變壓器，這對于供電系統波動而形成的諧波具有較為明顯有效的過濾作用；屏蔽電纜，對于電磁波在金屬表面形成的渦流能夠起到有效的降低作用，也能夠抵消對控制系統的干擾。而另一方面，優化線路材質問題，則是針對斗輪堆取料機的總線進行的，線路長、環境干擾多且干擾強度較高、線路數據能量傳輸速度問題等因素，綜合影響了斗輪取料機對于線路的要求，而普通的電纜相較于光纜，對設備的需求滿足較為不到位，因此，可以采取光纜更換來降低長距離傳輸帶來的消耗以及干擾等，加強PLC控制系統的工作環境質量。

3.2 通過冗余技術優化PLC控制系統

冗余技術能夠協調系統設備，提高其運行效率和穩定性，具體來說，其實，通過為系統配置兩套及以上功能相同的設備來實現的，這實際上相當于設置了一套乃至多套備用系統，當出現問題時，能夠及時進行協調，從而提高系統運行的穩定性，更好地應對故障，加強容錯率。對于優化PLC控制系統，冗余技術是有效手段，當數據同步過程中發生了設備故障時，通過這一技術能夠提供備用軟件程序，實現數據或是控制系統的瞬時切換，從而提高控制系統的穩定性和數據安全性。

3.3 加強運行維護工作

除了對故障問題進行基礎的處理以及優化改進外，定期的運行維護工作也是非常重要的，通過按期合理的運維，能夠提前檢測出設備的安全隱患、故障隱患，提前制定好應對方法，及時處理各種故障，從而實現系統的穩定運轉。對斗輪堆取料機PLC控制系統的運行和維護，也是技術人員所要認真重視的。首先，要對線路進行按期的檢測，對其安全性能、線路強度等都嚴格檢查，提前發現線路老化問題等，避免電氣消防安全事故的發生；其次，對斗輪堆取料機的電氣回路要進行按時檢查，確保回路自然流通。要預防和處理開關部分短路現象、設備線路連接松動情況、信號傳感器干擾情況等，保障PLC控制系統的正常運轉。

4 結語

斗輪堆取料機在當前的市場中重要性不言而喻，其關系到物料轉運作業的效率，而PLC控制系統的運行穩定性，則是斗輪堆取料機正常運轉的基礎，因此，針對其出現的問題，應當通過一定的優化改進措施進行完善，并做好運行維護工作，保障運輸作業的順利進行。