直流斬波調(diào)速電機(jī)車(chē)閉環(huán)調(diào)速裝置的研制及應(yīng)用

謝廣峰 王亞?wèn)|

(河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司)

目前直流斬波調(diào)速的電機(jī)車(chē)依然廣泛應(yīng)用于各種礦山、鋼廠(chǎng)等生產(chǎn)物料的長(zhǎng)距離有軌運(yùn)輸。司家營(yíng)鐵礦井下運(yùn)輸所使用的就是直流斬波調(diào)速的電機(jī)車(chē)，然而這種傳統(tǒng)的人工駕駛電機(jī)車(chē)已經(jīng)不符合現(xiàn)代新型礦山建設(shè)要求。該公司所使用的電機(jī)車(chē)全部為人工手動(dòng)駕駛，電機(jī)車(chē)司機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)時(shí)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制器手柄提高脈寬、降低脈寬控制電機(jī)車(chē)的速度，當(dāng)需要快速減速或停車(chē)時(shí)，投入電阻制動(dòng)實(shí)現(xiàn)減速或停車(chē)。這種人工開(kāi)環(huán)控制的速度穩(wěn)定性和運(yùn)輸效率受人為因素影響很大，竄車(chē)掉道現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，礦石運(yùn)輸效率低下。為此，河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)公司自主研制電機(jī)車(chē)的閉環(huán)調(diào)速裝置，以期改造電機(jī)車(chē)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)高效降耗運(yùn)輸。

1 閉環(huán)調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)組成

閉環(huán)調(diào)速裝置由西門(mén)子TP700精智7寸觸摸屏、西門(mén)子S7200 SMART 小型PLC、24 V直流電源、電機(jī)車(chē)測(cè)速裝置等組成[1-2]。觸摸屏、PLC及直流電源組成PLC控制單元。24 V直流電源為PLC和測(cè)速裝置供電。觸摸屏是集成自動(dòng)化工程軟件 SIMATIC WinCC V11組態(tài)面板。觸摸屏與PLC用網(wǎng)線(xiàn)連接，在組態(tài)畫(huà)面中可以設(shè)定電機(jī)車(chē)行駛速度以及顯示行車(chē)速度。電機(jī)車(chē)測(cè)速裝置安裝在電機(jī)車(chē)的一個(gè)車(chē)輪上[3]。

2 工作原理

當(dāng)車(chē)輪上的測(cè)速裝置檢測(cè)到的電機(jī)車(chē)速度信息后，將信息輸出至駕駛室內(nèi)的PLC控制單元；PLC控制單元根據(jù)測(cè)速裝置中的旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)檢測(cè)出的電機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度和方向，與電機(jī)車(chē)的預(yù)設(shè)運(yùn)行速度和方向?qū)Ρ壬煽刂菩盘?hào)的脈寬，由PLC控制單元的高速脈沖輸出接口輸出至電機(jī)車(chē)的斬波控制器；斬波器將PLC的脈沖信號(hào)放大，用于控制電機(jī)車(chē)運(yùn)行。PLC控制單元也可以使用模擬量輸出模塊將與控制輸出速度成正比關(guān)系的電壓信號(hào)直接輸送至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出給斬波器的脈沖可調(diào)占空比的脈寬與輸入的信號(hào)電壓成線(xiàn)性比例。PLC控制單元根據(jù)測(cè)速裝置輸出信號(hào)計(jì)算得出電機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度，將其與預(yù)先設(shè)定的速度對(duì)比進(jìn)行PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)控制信號(hào)的占空比值，將控制信號(hào)輸出至斬波控制器，當(dāng)運(yùn)行速度超出預(yù)設(shè)速度的設(shè)定范圍時(shí)，PLC控制單元關(guān)斷控制信號(hào)的輸出，并切入電阻減速制動(dòng)[4]。

電機(jī)車(chē)原有斬波調(diào)速開(kāi)環(huán)控制技術(shù)原理見(jiàn)圖1，改造后的電機(jī)車(chē)閉環(huán)調(diào)速控制技術(shù)原理見(jiàn)圖2。

圖1 原電機(jī)車(chē)開(kāi)環(huán)控制技術(shù)原理

3 主要功能及特點(diǎn)

該鐵礦的電機(jī)車(chē)應(yīng)用閉環(huán)調(diào)速裝置后，電機(jī)車(chē)的運(yùn)輸行駛速度穩(wěn)定，控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)車(chē)負(fù)載大小、軌道坡度的變化自適應(yīng)調(diào)整脈寬，有效節(jié)約電能損耗，極大提高運(yùn)輸效率，可以實(shí)現(xiàn)高精度定速控制且超速保護(hù)，實(shí)際行駛速度與給定速度誤差不超過(guò)0.5 km/h。其中的PLC控制單元還可以擴(kuò)展其他功能，無(wú)論是手動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)程無(wú)人駕駛都可以在此裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能控制。測(cè)速裝置安裝在車(chē)輪上不受外界環(huán)境及機(jī)車(chē)振動(dòng)影響，可準(zhǔn)確測(cè)定機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度。采用了多項(xiàng)抗干擾措施，使原車(chē)的系統(tǒng)壽命延長(zhǎng)，可靠性高，控制準(zhǔn)確，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單，安裝成本低。

圖2 改造后電機(jī)車(chē)閉環(huán)控制技術(shù)原理

4 結(jié) 論

直流斬波調(diào)速電機(jī)車(chē)閉環(huán)調(diào)速裝置采用西門(mén)子公司的S7-200 SMART小型PLC及TP700精智7寸觸摸屏，電機(jī)車(chē)駕駛?cè)藛T通過(guò)觸摸屏進(jìn)行相關(guān)操作，在運(yùn)輸行駛過(guò)程中，及時(shí)處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)快速輸出反應(yīng)。該裝置對(duì)井下電機(jī)車(chē)原有系統(tǒng)改動(dòng)很小，運(yùn)行可靠，硬件投入和軟件編程方面極易實(shí)現(xiàn)，并且成本低廉?，F(xiàn)已在司家營(yíng)鐵礦實(shí)際應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化無(wú)人駕駛，并且從中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期效果，為國(guó)內(nèi)礦山企業(yè)的井下電機(jī)車(chē)智能化改造提供了借鑒。