RX94P堆取料机控制系统设计

车程远

摘 要：本文分析了RX94P堆取料机控制系统运行原理，设计了系统硬件电路，并对系统功能模块进行了搭建，通过将本系统应用到工程实际表明，采用此控制系统的堆取料机，生产效率及系统人性化操作程度大大提高。

关键词：堆取料机；控制系统；硬件电路；功能模块

中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0085-02

堆取料机可以不间断、均匀地输送物料，已经被广泛应用到港口、电厂、钢厂、矿山等行业中。伴随着科学技术的发展以及工业4.0和中国制造2025目标的制定，对堆取料机的智能化要求也越来越高，因此，针对其使用功能，设计出满足用户要求的控制系统，已成为标志堆取料机设计先进程度的非常重要指标。本文对RX94P堆取料机进行了控制系统设计。

1 系统运行原理分析

1.1 变频器变频调速原理

变频器对供电电源进行整流，即三项桥式整流，三项可控硅整流，再次记性逆变，即直流变为交流的过程，通过控制晶闸管的门极电路的触发事件及先后顺序，以此频率控制输出电源的频率[1]。

1.2 旋转编码器工作原理

编码器通过实心轴、驱动轴两轴配接的柔性联轴器耦合传动。驱动部件为电机、皮带、小齿轮、测量轮，采用光电扫描技术，用金属、塑料或玻璃材料制成的圆盘、通过打孔或刻的方法将圆盘沿圆盘圆周方向划分为等分的透光和部透光区域，光电二極管LED和光敏元件分居码盘两侧，如果光束顺利经过栅孔区域，被光敏元件接收到，即产生一光脉冲。码盘稍微旋转后，光束被不透光区域遮拦，则不产生脉冲。随后这些信息被处理为电脉冲或数字信号。本设计中，为防止多光束由于光束发散引起的串扰影响。要求掩码光栅和码盘光栅距离越近越好，并且，同时考虑码盘在冲击振动情况的摆动幅度，防止两者刮擦。故而对码盘材料选型、安装距离的把握十分严格。

1.3 液压系统升降原理

堆取料机液压系统采用液压隔膜式计量泵的液压系统，其结构由柱塞、缸体、缸盖、进出口阀、液压隔膜式和三阀构成。在工作中由膜片离隔液压油和介质，液压隔膜式计量泵柱塞由连杆机构的往复运动带动进行工作。柱塞在液压腔内作往复运动，促使液压油的压力变化，使液压隔膜式挠曲位移来输送介质，液压腔内液压油量的相对不变，由三阀的功效来保持。转载阀自动排出液压油中步入液压腔内的气体。限位补偿装配是借助液压隔膜式推动限位阀的开放，按液压腔内的真空度随时增补油量，保证液压腔内液压油的充满。

2 系统硬件电路设计

根据当地用户电网质量及多雷雨天等特殊情况，设计选用ABB公司避雷装置，4P，可达到瞬间保护PLC、变频器等元件免受雷电等影响。并且根据用户的具体使用要求及设备总的装机容量，确定控制柜的壳体尺寸，及装备所用的铜牌、控制电缆等。在元件选取中，根据电机功率选取适当的变频器、软启动器、接近开关、光电开关、模拟量模块等。并根据与上位机通讯的需求，强化了通讯接口，使得本设备能够具备良好的人机交互能力，并对设备本身及操作社进行良好地保护[2]。

（1）供电设计。本系统的供电部分，根据圆料场的供电电压选取AC380、50HZ这一等级的电气元件。本机动力电即AC380V电压，可直接通过设备中心柱的滑环接入本机中，控制电源为AC380V交流电，通过控制变压器，500W型，变压至AC220V，此电源为系统的继电器及控制灯、照明灯等的电源，也要通过直流电源将AC220V电源变至直流DC24V，此电源等级为系统PLC输入电源，接近开关共电源（2）变频器控制电路设计。在本系统中，设备的取料行走部分采用变频器控制，为一拖二控制。变频器的操控原理为：变频器与可编程序控制器采用协议通讯的交换方法，开关量与模拟量均能通过所设定协议进行与变频器间的通讯。本系统采用西门子440系列变频器，变频器通过内部设定的固定频率运行，及自定义启动、运行、故障点及频率给定后，在外部启动运行中间继电器开点闭合后，变频器自动按照设定的频率自动运行。按取料工艺要求，取料机的左右移动速度与回转方位的关系应是按照现场实际堆取物料的要求而设定，无一定规则，在实现了变频器与PLC良好通讯的同时，可实现完全自动控制，并把设定通讯讯号，无损的传递于上级机构。堆取料机系统行走机构采取变频控制技术，对于大车行走的平稳性、安全性及电流的脉动冲击都有较大幅度改善。（3）电机控制电路设计。控制电机采用西门子变频器操作，正反转控制，可以在低转速时获得相对高的转矩，从而对堆料行走起到平稳、均匀给料的作用，如图1所示。

3 系统功能模块搭建

系统功能模块指的是，将堆取料机的各个运动环节分开，在各个程序块设计、调试完好后，组合在一起，完成整个系统，设计简洁，能及时发现设计中的错误，当设备在现场调试时，可根据用户不同的要求，只在各个系统块上改动即可，对整体系统的程序改动不大。本系统主要模块包括[3]：

（1）堆料臂模块。堆料臂通过液压系统上升、下降电磁阀控制其动作，并根据料臂出料口1100mm与700mm两个料位开关控制物料堆积，在物料触及1100mm开关时，通过PLC内部时间继电器，延时5秒后，上升结束，并在最后一次触及料堆时触及700mm料位开关，此时料臂停止动作，即视为，此处物料堆积完毕，可进行下一步换队、取料等操作。（2）大车（调车）行走、工作模块。大车电机与调车电机为同轴电机，并互锁，大车电机选用变频调速电机，可控制整个堆料机的工作进给速度，从而控制取料的数量。（3）料耙工作模块。料耙指的是在取料机上能够前后行走的机构，主驱动电机为18.5KW绕线式电机，主要靠焊接在机身上电容两线式接近开关控制前后行走，靠接近开关外侧限位开关做极限保护。（4）限位设计模块。堆取料系统，限位开关及接近开关主要是设置在机身上，只取限位开关上的闭点进入PLC中，接近开关选用直流24V输入进PLC的输入端。

4 结语

本文设计了RX94P堆取料机控制系统，通过对系统功能原理分析，硬件电路设计、和功能模块的搭建，搭建了一套堆取料系统的电控模型，本系统已实际应用于山西某水泥厂，在实际安装、调试中严格执行本设计指导思想，用户表明该堆取料机生产效率较之以往方案提高效率30%以上，而该系统人性化操作及完善的保护系统对于设备的长期稳定运行提供了良好的保证。

参考文献

[1]唐济扬.基于现场总线技术的先进控制系统[J].制造业自动化，2000（07）：95-98.

[2]冯敏，刘宇.自控产品在堆取料机控制系统上的应用[J].变频器世界，2006（6）：80-81.

[3]孙専胜.臂式斗轮堆取料机新型控制系统的设计[J].中国新技术新产品，2012（4）：129-130.