基于西門子PLC 的堆取料機(jī)斗輪雙重保護(hù)研究

孫 力，陳 凡，王 弼，周 鑫，王志豪

（1.湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司，湖北荊州 434020；2.寧波舟山港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司，浙江寧波 315800）

0 引言

湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司一期工程目前有7 臺(tái)堆取料機(jī)，堆取料機(jī)（簡(jiǎn)稱斗輪機(jī)）型號(hào)為DQ L1650/4500.40，是一種大型、連續(xù)、高效的散料裝卸機(jī)械。可適用于堆、取粒度0～300 mm的散狀物料，是大中型火力發(fā)電廠、碼頭、礦山、冶金、化工和大型水利工地等工礦企業(yè)儲(chǔ)料場(chǎng)專用的堆取散狀物料的優(yōu)良設(shè)備，具有單向堆料、取料功能。

1 一期工程堆取料機(jī)簡(jiǎn)介

斗輪機(jī)設(shè)備由斗輪機(jī)構(gòu)、臂架、上部鋼結(jié)構(gòu)、懸臂皮帶機(jī)、俯仰機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、中心料斗、轉(zhuǎn)臺(tái)、門座、行走機(jī)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、尾車、電氣房、回轉(zhuǎn)上電、司機(jī)室和電氣系統(tǒng)等組成。在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置作用下，實(shí)現(xiàn)斗輪堆取料機(jī)上部回轉(zhuǎn)。尾車為固定單尾車。設(shè)備動(dòng)力供電電源電纜和控制電纜通過(guò)電纜卷筒卷繞上機(jī)。堆料作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)皮帶機(jī)輸送來(lái)的物料經(jīng)尾車，再經(jīng)中部料斗上部輸送到懸臂皮帶機(jī)上，最后拋向儲(chǔ)料場(chǎng)。懸臂皮帶機(jī)的上仰和下俯可實(shí)現(xiàn)高、低位的堆料；大車行走則實(shí)現(xiàn)軌道長(zhǎng)度方向的堆料。取料作業(yè)是按分層取料的工藝進(jìn)行的，必要時(shí)也可以進(jìn)行斜坡取料。斗輪機(jī)構(gòu)上的斗子將挖取上來(lái)的物料卸至懸臂皮帶機(jī)上，再經(jīng)中心料斗，將物料輸送系統(tǒng)皮帶。

斗輪機(jī)構(gòu)：斗輪機(jī)構(gòu)安裝于前臂架的前端部，為了取料和卸料方便，安裝時(shí)斗輪軸在垂直面內(nèi)傾角10°。斗輪機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、圓弧擋料板、斗輪軸、溜料裝置、導(dǎo)料裝置、斗輪體、軸承座、斗子等組成，采用長(zhǎng)軸布置型式，斗輪機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1 所示。斗輪由電機(jī)+液力偶合器+減速器驅(qū)動(dòng)。設(shè)置有電氣的安全和過(guò)載保護(hù)。導(dǎo)料裝置有抬起功能，由電液推桿驅(qū)動(dòng)，與堆取料作業(yè)連鎖控制。在取料作業(yè)時(shí)放下壓在皮帶機(jī)上面，調(diào)整料流方向，保證不撒料；堆料作業(yè)抬起，使煤直接通過(guò)皮帶機(jī)拋灑到料場(chǎng)。

圖1 斗輪機(jī)械結(jié)構(gòu)

2 一期工程堆取料機(jī)斗輪參數(shù)

湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司一期工程堆取料機(jī)斗輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為110 kW，電機(jī)啟動(dòng)方式通過(guò)施耐德ATS48 軟啟動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，電機(jī)軟啟動(dòng)是通過(guò)采用降壓、補(bǔ)償或變頻等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)電機(jī)及機(jī)械負(fù)載的平滑啟動(dòng)，減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響，使電網(wǎng)和機(jī)械系統(tǒng)得以保護(hù)。

電機(jī)采用軟啟動(dòng)器有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使電機(jī)的輸出力矩滿足機(jī)械系統(tǒng)對(duì)啟動(dòng)力矩的要求，保證平滑加速、平滑過(guò)渡，避免破壞性力矩沖擊。

（2）使啟動(dòng)電流滿足電機(jī)承受能力的要求，避免電機(jī)啟動(dòng)發(fā)熱造成絕緣破壞或燒毀。

（3）使啟動(dòng)電流滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，減少電壓暫降幅度，減少高次諧波含量等。

施耐德ATS48 軟啟動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)如下：

（1）進(jìn)入SEt 項(xiàng)，選擇IN 設(shè)置為200（表示電機(jī)額定電流設(shè)置為200 A）。

（2）進(jìn)入PrO 項(xiàng)，選擇LOC 設(shè)置為110（110 表示電機(jī)額定電流的110%，即將保護(hù)過(guò)載電流定義為200×110%=220 A）。

（3）進(jìn)入PrO 項(xiàng)，選擇OIL 設(shè)置為dEF（電流過(guò)載激活）。

（4）電流過(guò)載激活：功能僅在穩(wěn)定狀態(tài)下有效。表示如果電機(jī)電流超過(guò)一個(gè)可調(diào)的閾值LOC 且持續(xù)時(shí)間超過(guò)可調(diào)整的時(shí)間值tOL，電流過(guò)載動(dòng)作原理如圖2 所示。①進(jìn)入PrO 項(xiàng)，選擇tOL 設(shè)置為11.0（表示將電機(jī)過(guò)載保護(hù)時(shí)間定義為11 s）；②進(jìn)入IO 項(xiàng)，選擇AO 設(shè)置為OCr（表示將模擬輸出量選擇為電機(jī)電流）；③進(jìn)入IO 項(xiàng)，選擇04 設(shè)置為420（表示將模擬電流通過(guò)4～20 mA 信號(hào)傳輸）。

圖2 電流過(guò)載原理

3 一期工程堆取料機(jī)西門子S7-1500 PLC 新增保護(hù)程序

3.1 定義斗輪軟起過(guò)電流故障

打開西門子博圖軟件，展開PLC 下部電氣房，展開PLC 變量，選擇故障M，將%M730.2 定義為“斗輪軟起過(guò)電流220 A-9 s 故障”（該故障點(diǎn)可自行選擇沒(méi)有使用的故障點(diǎn)），PLC 斗輪故障定義如圖3 所示。

圖3 PLC 斗輪故障定義

3.2 編寫主程序段

采集斗輪電機(jī)軟啟動(dòng)器反饋回來(lái)的模擬電流信號(hào)，添加一個(gè)比較器，參數(shù)設(shè)置為模擬量數(shù)據(jù)斗輪電機(jī)電流值大于等于220 A 時(shí)輸出。

增加一個(gè)接9 s 的延時(shí)通信號(hào)（該時(shí)間只要不超過(guò)軟啟動(dòng)器設(shè)置的保護(hù)時(shí)間即可），增加一個(gè)輸出信號(hào)線圈，將該線圈設(shè)置為第一步定義的“斗輪軟起過(guò)電流220 A-9 s 故障”。PLC 斗輪保護(hù)主程序段如圖4 所示。

圖4 PLC 斗輪保護(hù)主程序段

3.3 增加軟起過(guò)電流故障自鎖程序段

增加一個(gè)%M730.2 的開點(diǎn)信號(hào)；增加一個(gè)%M11.0 的復(fù)位信號(hào)（該信號(hào)為原程序定義的故障復(fù)位點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)修改）。PLC 斗輪程序自鎖如圖5 所示。

圖5 PLC 斗輪程序自鎖

3.4 將軟起過(guò)電流故障串入主要保護(hù)程序段中

找到斗輪主要保護(hù)程序段，將新增的“斗輪軟起過(guò)電流220 A-9 s 故障”采用閉點(diǎn)信號(hào)串入到主程序段中。斗輪主要保護(hù)程序如圖6 所示。

圖6 斗輪主要保護(hù)程序

4 一期工程堆取料機(jī)西門子1500PLC 新增保護(hù)程序的意義

此段保護(hù)程序運(yùn)行后表現(xiàn)效果良好，主要意義如下：

（1）降低了堆取料機(jī)的故障率。原有軟啟動(dòng)器電流過(guò)載保護(hù)后，設(shè)備故障停機(jī)，需要維護(hù)人員去電氣房對(duì)斗輪軟啟動(dòng)器進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位；該段保護(hù)程序投用后，可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警功能，在故障停機(jī)觸發(fā)前告知堆取料機(jī)司機(jī)。堆取料機(jī)司機(jī)可以通過(guò)調(diào)整操作方式避免故障發(fā)生，降低設(shè)備故障率，提高堆取料機(jī)的作業(yè)效率。

（2）該保護(hù)程序段和軟啟動(dòng)器原有保護(hù)一起實(shí)現(xiàn)對(duì)堆取料機(jī)斗輪的雙重保護(hù)，提高設(shè)備的安全性能。該段保護(hù)程序?qū)儆凇败洷Ｗo(hù)”，軟啟動(dòng)器原有保護(hù)屬于現(xiàn)場(chǎng)“硬保護(hù)”，兩重保護(hù)雙持疊加。即使新增保護(hù)程序段失效，在該設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載的情況下，原有保護(hù)仍有效投用，大大提高設(shè)備的安全性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)湖北荊州煤炭港務(wù)有限公司一期工程堆取料機(jī)斗輪軟起故障的研究，增加一段保護(hù)程序。最終達(dá)到在軟啟動(dòng)器保留原有保護(hù)功能的前提下提高生產(chǎn)效率，為堆取料機(jī)的安全、高效運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持。通過(guò)在荊州煤炭港務(wù)有限公司一期工程堆取料機(jī)的實(shí)踐，印證了方法的有效性，并可為類似軟啟動(dòng)器提效及消除安全隱患提供一定的參考。