臂式斗轮堆取料控制系统分析

郭天舒

摘 要：臂式斗轮堆取料机是一种广泛应用于港口、电厂等区域的散料堆取设备。随着我国经济的快速发展各港口所需要装卸的货物量快速增加，通过做好臂式斗轮堆取料机的应用将有助于提高散料货物的装卸速率，提高港口的散装货物的进出口能力。在做好臂式斗轮堆取料机应用的同时需要积极做好臂式斗轮堆取料机电气控制系统的研发与应用，并借助于现今高速发展的电子、通信技术在臂式斗轮堆取料机的电气控制中构建智能化的控制系统，提高臂式斗轮堆取料机的智能化程度。

关键词：臂式斗轮堆取料机；电气控制；PLC；现场总线

中图分类号：U653.928 文献标志码：A

0 前言

臂式斗轮堆取料机是一种在小型斗轮挖掘机的基础上所发展起来的一种应用于散料堆取的专用设备。臂式斗轮堆取料机在应用的过程中具有取料效率高、料场占地面积小等优点，从而使得臂式斗轮堆取料机在港口、火力发电厂等领域中得到了较为广泛的应用。在臂式斗轮堆取料机的应用中应当积极做好臂式斗轮堆取料机的控制智能化建设，通过结合臂式斗轮堆取料机在应用过程中所出现的一系列动作特点，通过控制系统优化以使得臂式斗轮堆取料机的电气控制更加安全、高效。

1 臂式斗轮堆取料机控制系统的发展历程

臂式斗轮堆取料机是在小型斗轮挖掘机的基础上所发展起来的一种重要的装卸设备。在发展初期臂式斗轮堆取料机的控制系统所采用的继电器控制方式体积大、控制的安全性和可靠性较低。随着技术的发展与应用PLC控制、变频器以及软启停起等的技术与控制设备逐渐地进入并应用于臂式斗轮堆取料机的控制系统中，从而使得臂式斗轮堆取料机的控制系统大为简化，减少了大量的继电器与控制电缆。此外，变频器的应用可以对臂式斗轮堆取料机斗轮的转速与斗轮的取料量进行适当的调节，并实现了对于臂式斗轮堆取料机中大车的平稳启动与制动，减小了启动与制动过程中所造成的冲击，提高了臂式斗轮堆取料机的使用性能。

在臂式斗轮堆取料机的系统控制中，现场总线技术的应用极大地简化了传输电缆的种类与数量，Profibus总线是世界通用的总线标准之一，其在工业控制领域中有着广泛的应用，并取得了良好的应用效果。现场总线是连接智能现场设备、自动化系统的用于双线数据传输、多分支结构的通信网络，其在应用的过程中能够安全、高效地进行各类信息数据的传输与通信，具有可靠性高、抗干扰能力强、通信速率快等的特点。在臂式斗轮堆取料机的控制中可以利用Profibus总线技术完成智能控制系统与现场控制设备之间的信息交互，在提高通信效率的同时也使得数据通信更加安全、高效。

2 积极做好臂式斗轮堆取料机控制系统的研制与应用

臂式斗轮堆取料机控制系统的设计将以PLC来作为控制核心，依托先进的现场总线技术来将臂式斗轮堆取料机的主控中心与分布在各处的现场控制终端进行连接，使用现场总线技术以此将PLC、变频器、控制显示面板、检测系统等连接在一起。现场总线技术采用的是西门子公司的ProfibusDP总线，通过总线实现CPU与各网络元件部分进行数据交互。臂式斗轮堆取料机控制部分的硬件组成主要由电源部分、电动机控制中心、变频调速系统、中控台、PLC及触摸屏等几大部分所组成。在上述几大硬件组成中，PLC作为控制系统的核心，由于臂式斗轮堆取料机控制系统所需要控制的点数较多，因此选用的是S7-300系列的可编程逻辑控制器，主机采用CPU315-2DP并具有一个Profibus-DP数据接口。控制臂式斗轮堆取料机斗轮的变频器选用的是法国施耐德公司的ATV71型变频器。在完成了对于变频器、人机界面等各硬件的现场组装后，通过独立的Profibus-DP接口直接与现场总线进行连接，PLC通过对缩接收到的各类I/O信息进行逻辑程序运算并将各类控制信息依托Profibus总线传输至现场控制终端用以操控臂式斗轮堆取料机进行运作。在完成了对于臂式斗轮堆取料机控制系统的硬件组成后需要积极做好臂式斗轮堆取料机控制系统的软件编制。在进行软件控制程序的编写中，PLC程序的编写可以借助于西门子公司专门为用户所提供的STEP7程序开发软件来进行控制程序的编写，STEP7是用于SIMATIC可编程序控制器的组态和编程的标准软件包，通过其能够有效地完成相关控制程序的编写：

（1）臂式斗轮堆取料机堆料程序控制任务

在臂式斗轮堆取料机进行堆取料作业的过程中，斗轮的断续回转以及断续行走后的定点堆料是一种较为普遍的工作方式。臂式斗轮堆取料机在工作时首先运行到预定料场位置，启动堆料作业程序后将控制臂式斗轮堆取料机进行堆料作业，控制程序将给系统发出堆料作业的信号并实现与系统胶带工况的连锁，通过编码器和物位计的采样、传送、逻辑运算用以判断悬臂回转和大车的行走，实现对于臂式斗轮堆取料机的斗轮控制。

（2）取料作业程序的控制任务

在臂式斗轮堆取料机取料作业中将采取斗轮旋转分层不分段取料模式，首先将臂式斗轮堆取料机中的大车开至预定取料位置，在接收到系统取料指令后开启取料作业模式，斗轮在运行的过程中通过编码器对取料的初始角和取料终止角进行角度采集并发送至控制系统中用以对悬臂回转的角度以及斗轮的下降角度进行准确的控制，实现对于臂式斗轮堆取料机的操控。

在臂式斗轮堆取料机软件控制程序的编制中，首先通过STEP7编程软件对臂式斗轮堆取料机控制系统中的各硬件组成部分进行硬件配置组态，通过对组成臂式斗轮堆取料机控制系统的各硬件进行选取完成对于控制系统硬件构成的拓扑。在完成了对于组成臂式斗轮堆取料机控制系统的硬件组态后，即可为可编程模板生成软件，选择编程语言后完成逻辑程序的开发。在编程语言的选择上有多种选择：语句表STL、梯形逻辑图LAD、功能块图FBD以及SCL结构控制语言等。在臂式斗轮堆取料机控制系统软件的编制中采用的是STL语句表与LAD梯形图相结合的方式来进行控制程序的编写。

在对臂式斗轮堆取料机控制成程序的编写中將以臂式斗轮堆取料机自动堆料的控制为例来进行程序编写，编写时选用LAD梯形图作为编程语句。控制程序中的各程序块中包括臂式斗轮堆取料机堆料连锁工艺流程，通过分布于臂式斗轮堆取料机中各处的传感器对各类信号进行检测并以此来判断臂式斗轮堆取料机在运作的过程中是否满足了相关工作条件，只有在满足工作条件后才能激活输出点并以此来控制臂式斗轮堆取料机中的各机构按照工序进行配合运作。在进行程序编制时需要对各I/O点进行定义，以便后期进行查询和处理。

结语

各类新技术的应用使得臂式斗轮堆取料机的电气控制大为简化，尤其是以PLC为代表的逻辑控制器的应用可以高效、快速地对臂式斗轮堆取料机中的各类运行状态信号进行快速的处理，并根据PLC中的逻辑程序来进行判断并做出针对性的应对。本文在分析臂式斗轮堆取料机特点的基础上对组成臂式斗轮堆取料机控制系统的硬件组成记性了分析介绍并对如何做好相关控制程序的编制进行了分析。

参考文献

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