基于PLC与编码器实现的堆取料机夹角保护

摘  要：随着环保要求的不断提高，露天煤场正逐渐被封闭式圆形储煤罐所代替，圆形储煤罐因储量大、损耗小、可同时进行堆取料自动化作业等优点受到储煤耗煤用户的青睐。自动化程度高的新设备在给用户带来全新使用体验的同时，也对用户设备管理特别是安全管理提出了更高的要求，庞大的堆取料机自动状态下且无人值守运行，如回转过程中发生碰撞将造成严重后果。通过对圆形储煤罐堆取料机夹角保护的跟踪分析，发现原厂家配置的保护形式单一且存在失效的可能性，利用程控系统和脉冲编码器自主编程，在程控系统增加堆取料机夹角保护和报警功能，可有效起到保护作用。

关键词：PLC程序;堆取料机;圆形煤罐堆;脉冲编码器;夹角保护

中图分类号：TD63      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）22-0179-02

Abstract：With the continuous improvement of environmental protection requirements，open-pit coal yard is gradually replaced by closed circular coal storage tank，which is favored by coal storage and coal consumption users because of its large storage capacity，low loss and the ability to simultaneously automate stacking and reclaiming operations. New equipment with high degree of automation is bringing users a brand-new experience of use. At the same time，it also puts forward higher requirements for user equipment management，especially for safety management. The huge stacker-reclaimer operates unattended at the same time in the automatic state，and the collision will cause serious consequences in the process of rotation. Through tracking and analyzing the angle protection of the stacker-reclaimer of circular coal storage tank，it is found that the protection form of the original manufacturer is single and there is possibility of failure. Using program control system and pulse encoder to program independently，the angle protection and alarm function of the stacker-reclaimer can be added to the program control system，which can effectively play a protective role.

Keywords：PLC program;stacker-reclaimer;round coal tank stack;pulse encoder;angle protection

0  引  言

随着全民环保意识的不断增强和国家环保要求的不断提高，以往粗放的露天煤场和门式斗轮机正因其储量低、扬尘大、堆取料作业设备落后等缺点逐渐被火力发电厂等用煤企业淘汰，而封闭式圆形储煤罐因储量大、损耗小、可同时进行堆取料自动化作业等优点受到储煤耗煤用户的青睐。但自动化程度高的新设备在给用户带来全新使用体验的同时，也对用户设备管理特别是安全管理提出了更高的要求。

1  圆形煤罐堆取料机运行情况和存在问题

广东粤华发电有限责任公司2012年前后斥资兴建了两个半球形封闭式圆形煤罐，每个占地面积约11300m2，每个煤罐内各安装1台由德国某公司生产的圆形堆取料机，圆形堆取料机主要由中心柱、下部煤斗、悬臂堆料机、悬臂式刮板取料机、消防和抑尘喷淋设备、电气和控制设备等组成。其中悬臂堆料机的水平回转范围为0～360°，不俯仰，悬臂式刮板取料机水平回转范围为0～360°，垂直方向的俯仰角度为-5～+39°，堆料和取料可以同时作业，即堆料臂和取料臂可以同时回转。

两个圆形煤罐各配置有一套可编程控制系统，程控系统包括Quantum PLC、双机热备施耐德67160型CPU、组态软件Unity Pro XL V4.0、煤集控室两台操作员站、监控画面软件iFIX 4.5、煤罐内司机室触摸操作屏、各类模板以及通讯回路等设备，主要承担对煤罐堆取料机等设备的程序控制以及联锁保护等工作。

前文提到堆料臂和取料臂都是罐内以中心柱为圆心可以顺时针回转（以下简称右转）和逆时针回转（以下简称左转）的大型设备，为防止发生机械碰撞事故，需对这两者夹角进行有效的监控，当堆取料臂之间的夹角在某一范围时应有停止设备继续旋转或跳闸电源开关的保护措施。厂家在这方面配套安装的设备主要有测量堆取料臂回转角度的脉冲编码器（赫纳AWI90S-122/R008-0100型）、电感式传感器（型号：NJ40+U1+A2）以及机械限位开关（型号：T/M035）。其中脉冲编码器信号接入程控系统，通过控制逻辑运算后在上位机和触摸屏实时显示设备回转角度，不参与夹角停机保护;电感式传感器和机械限位开关一前一后固定安装在堆料臂回转圆盘外沿，在取料臂回转圆盘外沿也安装了一块用于触发电感式传感器和机械限位开关的金属感应碰撞部件，当堆料臂右转或取料臂左转时，电感式传感器和机械限位开关与金属感应碰撞部件之间也产生相向位移，当堆取料臂之间的夹角接近55°左右，金属感应碰撞部件到达电感式传感器（有效感應间隔40mm）下方时，电感式传感器向程控系统发出一个开关量信号，程控系统自动切断堆料臂右转和取料臂左转指令，避免堆取料机夹角继续缩小发生碰撞;当电感式传感器失灵或者与感应部件之间的间隙过大，无法正常向程控系统发信号，堆取料臂继续回转，两者之间夹角继续缩小，金属感应碰撞部件压迫机械限位开关接点断开，将跳闸电机动力电源开关，迫使堆取料臂失电停止回转，避免碰撞，这就是来自于现场感应和限位开关的一二级保护动作原理。至于堆取料臂的位置角度测量与监控，则由分别安装在堆取料回转传动机构上的脉冲编码器和程控系统实现，堆取料臂回转的同时通过附属齿轮等传动机构带动各自的脉冲编码器旋转，编码器向程控PLC系统发出若干脉冲信号，PLC程序通过逻辑运算得出堆料臂和取料臂所在机械位置的角度并在集控室操作员站以及司机室触摸屏上显示出来。

由于堆取料臂长期运行，现场机械部件或多或少会产生变形，使堆取料臂夹角保护限位开关和感应碰撞部件之间发生位移，电感式传感器和机械限位开关无法正常动作，从而导致夹角保护失灵。为确保堆取料机安全稳定运行，设备主管部门制定了一系列措施，包括每月一次的定期试验夹角保护，测量跟踪传感器、机械限位开关与感应部件之间的位移变化情况等，根据试验和跟踪情况来看，现场设备确实存在机械变形，堆料和取料回转圆盘也并不在水平面回转，传感器机械限位开关和感应部件之间的间隙也并不是一成不变的，堆取料机运行期间也曾出现过夹角保护失效的不安全情况。针对这些状况，我们不得不重新考量厂家配置的堆取料臂夹角保护形式是否过于单一，而在现有设备基础上又能否增加另外形式的夹角保护为煤罐设备的安全稳定运行保驾护航。

2  圆形煤罐堆取料机夹角保护实施过程

通过对堆取料机脉冲编码器结构信号、程控系统判断编码器信号正反转以及位置角度运算逻辑，还有堆取料臂手自动回转控制逻辑的认真分析研究，我们发现在程控系统增加必要的控制逻辑能够实现堆取料臂夹角软保护，概括来说就是在PLC系统堆取料臂左右回转控制逻辑增加机械位置角度条件，通过控制逻辑对现有堆料臂和取料臂两者的位置角度实施减法运算，当堆料臂角度减去取料臂角度小于等于60°或取料臂角度减去堆料臂角度大于等于300°时，停止取料臂右转和堆料臂左转;当取料臂角度减去堆料臂角度小于等于60°或堆料臂角度减去取料臂角度大于等于300°时，停止取料臂左转和堆料臂右转。主要实施过程如下。

2.1  煤罐程控系统PLC程序增加堆取料臂夹角保护控制逻辑

采用在线增加控制逻辑的方式进行，程序修改前必须先停止煤罐所有设备运行和操作，对原程序进行备份保存，解除现场在线CPU写保护。程控PLC程序新增6个变量，变量名称、类型、分配地址如表1所示（变量名称和地址分配主要考虑原系统一致性并避免重复）。

2.2  集控室堆取料机操作员站增加堆取料臂夹角报警功能

一是操作员站监控画面修改前先进行程序备份;二是操作员站增加“堆取料臂夹角小”文字报警功能，报警触发条件为N22-20、N22-21、N22-22、N22-23任一变量状态为1。

3  结  論

从自主研发、实施改造后的调试结果以及后续每月定期试验跟踪情况看，改造后堆取料臂夹角增加了一级保护，且新夹角保护初始信号来自于堆取料臂的脉冲编码器，再通过PLC控制逻辑实现，具有信号源稳定动作及时准确等优点，且保护动作时程控上位机同时发出报警，可以使当班运行人员第一时间掌握设备状况并快速反应，安全效果相当理想。

参考文献：

[1] 张春发，张霜霜.谈圆形煤场堆取料机回转支承的更换 [J].中国新技术新产品，2012（5）：115-116.

[2] 薛龙，周臣.煤场堆取料机维护、检修与改造实践 [J].中国高新技术企业，2011（6）：25-26.

作者简介：吴少潮（1974.12-），男，汉族，广东揭阳人，热能动力工程工程师，热工仪表检修高级技师，本科，研究方向：热工及电气控制。