取料機(jī)行走手柄電位計控制系統(tǒng)優(yōu)化

程從達(dá)

滄州黃驊港礦石港務(wù)有限公司

1 引言

取料機(jī)在行走過程中，當(dāng)操作手柄的電位計發(fā)生掉電或中點漂移后，會輸入錯誤的模擬量電壓信號進(jìn)入PLC，原先的PLC程序處理這些信號時，沒有對此故障進(jìn)行保護(hù)，所以在司機(jī)操作時，會出現(xiàn)操作手柄向前推取料機(jī)向后走，或無論向前推還是向后拉，取料機(jī)都向前快速運(yùn)行的情況。為此，在PLC里加上對電位計的保護(hù)程序，在電位計出現(xiàn)掉電或者中點漂移時，PLC能迅速檢測出電位計故障，從而限制取料機(jī)的走行操作，避免取料機(jī)的誤動作。同時，將檢測到的故障信號發(fā)送到司機(jī)室觸摸屏，使取料機(jī)司機(jī)能及時發(fā)現(xiàn)并上報技術(shù)員處理。

2 設(shè)備控制原理

待改造的斗輪取料機(jī)的行走系統(tǒng)由2臺Schneider ATV71系列變頻器驅(qū)動28臺SEW變頻電機(jī)。司機(jī)室左側(cè)操作臺操作手柄控制走行變頻器，右側(cè)操作臺操作手柄控制回轉(zhuǎn)變頻器。拉動操作手柄改變手柄下方的電位計的電壓信號，將改變的模擬量電壓信號輸入到PLC模擬量輸入模塊，在PLC內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后通過Prosoft網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字信號以控制字的方式輸入到變頻器，控制變頻器輸出頻率的大小和正負(fù)，頻率正值電機(jī)正轉(zhuǎn)，負(fù)值電機(jī)反轉(zhuǎn)[1]。

2.1 PLC內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換

在PLC模擬量輸入模塊中，使用0～10 000的工程量來代表0～10 V電壓信號，0 V=0工程量，10 V=10 000工程量。將電位計輸出端為5 V時作為電位計的中點,向前推時電壓信號從5 V增加到10 V，工程量從5 000增加到10 000；向后拉時電壓信號從5 V降低到0 V，工程量從5 000降低到0。在程序中，設(shè)定工程量的計算公式(tongxun3:4:I.Ch2Data-5000)×3/10，將公式的數(shù)字量結(jié)果直接輸入到變頻器，用來控制變頻器的頻率大小和正反向運(yùn)轉(zhuǎn)(見圖1)。讓電位計處于中點時，工程量計算公式結(jié)果是0，變頻器的輸入量為0；向前推時輸入量為正，變頻器輸出頻率為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；向后拉時輸入量為負(fù)，變頻器輸出頻率為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)[2]。

圖1 變頻器控制量計算

2.2 電位計原理分析

由圖2可知，電位計的輸入端是穩(wěn)壓電源，提供一個直流Vin=10 V的電源，電位計滑動端端子和負(fù)極端子構(gòu)成輸出端Vout，實現(xiàn)從0～10 V變化的電壓[3]。電位計輸出的模擬量電壓信號直接進(jìn)入AB系列PLC的模擬量輸入模塊，將模擬量信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號來輸入程序中控制變頻器。

圖2 電位計原理圖

3 故障分析

故障1：當(dāng)電位計的輸入端穩(wěn)壓電源損壞，電壓信號消失即Vin=0 V時，電位計的輸出端的電壓信號將為Vout=0 V，所對應(yīng)的工程量是0，帶入程序中的工程量計算公式，可以得出此時輸入到變頻器的數(shù)字量不是0，而是-1 500，-1 500對應(yīng)的是變頻器-50 Hz頻率。此時當(dāng)移動操作手柄，不管是向前推還是向后拉，變頻器都以-50 Hz頻率反向驅(qū)動電機(jī)，使取料機(jī)行走電機(jī)不受控制地運(yùn)行。

故障2：電位計有時會出現(xiàn)中點漂移，漂移后中點電壓有可能是8 V或3 V[4]。假定中點漂移后電壓是8 V，工程量是8 000，代入計算公式得出的工程量是900。此時如果操作手柄向前推，則變頻器將以正常下的頻率加上30 Hz的頻率高速前進(jìn)。此時向后拉手柄，如果向后拉的幅度不夠大，工程量沒有降到5 000之下，此時變頻器輸入還是為正，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，極容易造成較大的安全事故。

4 優(yōu)化方案

在原有電位計速度給定程序中，增加工程量數(shù)值比較模塊(見圖3)。在前進(jìn)指令發(fā)出后，PLC計算電位計輸入的工程量大小，將工程量與5 000作比較。前進(jìn)時，輸入工程量必須大于5 000，才可以給變頻器輸入控制字；后退時，輸入工程量必須小于5 000，才能給變頻器輸入控制字。這樣能保證在電位計出現(xiàn)中點漂移或者掉電時，控制前進(jìn)時不會后退，控制后退時不會前進(jìn)。

圖3 頻率給定程序優(yōu)化

增加電位計故障檢測程序，對電位計輸入PLC工程量進(jìn)行實時檢測程序(見圖4)。在輸入工程量小于4 500或大于5 000時，程序認(rèn)定此時電位計出現(xiàn)中點漂移。如果電位計掉電，工程量是0，也將超出程序設(shè)定的保護(hù)范圍。電位計出現(xiàn)故障后，可以直接限制操作手柄的控制，使變頻器無法啟動，保證取料機(jī)不出現(xiàn)誤動作。

圖4 電位計故障檢測程序

設(shè)計司機(jī)室觸摸屏界面，將電位計的故障直接顯示在屏幕上，可以讓取料機(jī)司機(jī)在第一時間發(fā)現(xiàn)電位計的問題，及時聯(lián)系技術(shù)員解決電位計故障。

5 結(jié)語

在完成上述整改優(yōu)化后，取料機(jī)走行電位計、回轉(zhuǎn)電位計出現(xiàn)故障時能防止取料機(jī)出現(xiàn)誤動作，并能迅速報警且反饋給司機(jī)室。應(yīng)用后取料機(jī)再未出現(xiàn)過誤動作，不僅保證了安全生產(chǎn)運(yùn)行，且減少了生產(chǎn)使用中取料機(jī)電位計的維護(hù)檢修工作。