取料機(jī)行走手柄電位計(jì)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(guò)程中，當(dāng)操作手柄的電位計(jì)發(fā)生掉電或中點(diǎn)漂移后，會(huì)輸入錯(cuò)誤的模擬量電壓信號(hào)進(jìn)入PLC，原先的PLC程序處理這些信號(hào)時(shí)，沒(méi)有對(duì)此故障進(jìn)行保護(hù)，所以在司機(jī)操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)操作手柄向前推取料機(jī)向后走，或無(wú)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(duì)電位計(jì)的保護(hù)程序，在電位計(jì)出現(xiàn)掉電或者中點(diǎn)漂移時(shí)，PLC能迅速檢測(cè)出電位計(jì)故障，從而限制取料機(jī)的走行操作，避免取料機(jī)的誤動(dòng)作。同時(shí)，將檢測(cè)到的故障信號(hào)發(fā)送到司機(jī)室觸摸屏，使取料機(jī)司機(jī)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并上報(bào)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(tái)Schneider ATV71系列變頻器驅(qū)動(dòng)28臺(tái)SEW變頻電機(jī)。司機(jī)室左側(cè)操作臺(tái)操作手柄控制走行變頻器，右側(cè)操作臺(tái)操作手柄控制回轉(zhuǎn)變頻器。拉動(dòng)操作手柄改變手柄下方的電位計(jì)的電壓信號(hào)，將改變的模擬量電壓信號(hào)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(hào)，然后通過(guò)Prosoft網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換

在PLC模擬量輸入模塊中，使用0～10 000的工程量來(lái)代表0～10 V電壓信號(hào)，0 V=0工程量，10 V=10 000工程量。將電位計(jì)輸出端為5 V時(shí)作為電位計(jì)的中點(diǎn),向前推時(shí)電壓信號(hào)從5 V增加到10 V，工程量從5 000增加到10 000；向后拉時(shí)電壓信號(hào)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(jì)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(lái)控制變頻器的頻率大小和正反向運(yùn)轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖1)。讓電位計(jì)處于中點(diǎn)時(shí)，工程量計(jì)算公式結(jié)果是0，變頻器的輸入量為0；向前推時(shí)輸入量為正，變頻器輸出頻率為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；向后拉時(shí)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(jì)算

2.2 電位計(jì)原理分析

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

圖2 電位計(jì)原理圖

3 故障分析

故障1：當(dāng)電位計(jì)的輸入端穩(wěn)壓電源損壞，電壓信號(hào)消失即Vin=0 V時(shí)，電位計(jì)的輸出端的電壓信號(hào)將為Vout=0 V，所對(duì)應(yīng)的工程量是0，帶入程序中的工程量計(jì)算公式，可以得出此時(shí)輸入到變頻器的數(shù)字量不是0，而是-1 500，-1 500對(duì)應(yīng)的是變頻器-50 Hz頻率。此時(shí)當(dāng)移動(dòng)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(dòng)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(jì)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)中點(diǎn)漂移，漂移后中點(diǎn)電壓有可能是8 V或3 V[4]。假定中點(diǎn)漂移后電壓是8 V，工程量是8 000，代入計(jì)算公式得出的工程量是900。此時(shí)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(shí)向后拉手柄，如果向后拉的幅度不夠大，工程量沒(méi)有降到5 000之下，此時(shí)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(jì)速度給定程序中，增加工程量數(shù)值比較模塊(見(jiàn)圖3)。在前進(jìn)指令發(fā)出后，PLC計(jì)算電位計(jì)輸入的工程量大小，將工程量與5 000作比較。前進(jìn)時(shí)，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(shí)，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(jì)出現(xiàn)中點(diǎn)漂移或者掉電時(shí)，控制前進(jìn)時(shí)不會(huì)后退，控制后退時(shí)不會(huì)前進(jìn)。

圖3 頻率給定程序優(yōu)化

增加電位計(jì)故障檢測(cè)程序，對(duì)電位計(jì)輸入PLC工程量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)程序(見(jiàn)圖4)。在輸入工程量小于4 500或大于5 000時(shí)，程序認(rèn)定此時(shí)電位計(jì)出現(xiàn)中點(diǎn)漂移。如果電位計(jì)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(jì)出現(xiàn)故障后，可以直接限制操作手柄的控制，使變頻器無(wú)法啟動(dòng)，保證取料機(jī)不出現(xiàn)誤動(dòng)作。

圖4 電位計(jì)故障檢測(cè)程序

設(shè)計(jì)司機(jī)室觸摸屏界面，將電位計(jì)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(shí)間發(fā)現(xiàn)電位計(jì)的問(wèn)題，及時(shí)聯(lián)系技術(shù)員解決電位計(jì)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

在完成上述整改優(yōu)化后，取料機(jī)走行電位計(jì)、回轉(zhuǎn)電位計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)能防止取料機(jī)出現(xiàn)誤動(dòng)作，并能迅速報(bào)警且反饋給司機(jī)室。應(yīng)用后取料機(jī)再未出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)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(jì)的維護(hù)檢修工作。