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摘要悬臂式斗轮取料机是取料机械中的一种,它广泛应用于港口、内陆的散料场所,主要用于取煤和矿石。工作时,取料机沿着轨道行进,并能改变臂架的角度。因为悬臂式斗轮取料机比较容易实现自动控制,采用PLC进行对取料过程的控制,它具有可靠性高,抗干扰能力强,编程直观、简单的优点。
关键词悬臂式斗轮取料机;控制工艺;PLC
中图分类号TP273文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)061-0111-01
1取料机的工艺流程
悬臂式斗轮取料机的取料工艺:悬臂式斗轮取料机为三自由度(直线行走、上车旋转和俯仰)工程机械,实际的取料作业采用连续旋转+断续行走+手动俯仰方式。
悬臂式斗轮取料机在取料时通常是以回转为主的分层取料。以回转为主取料的优点是:运行时耗能低,在行走时连续运行消耗的能量要大于回转时的能量;回转装置的电动机输出轴上设有限力矩连轴器,过载时可打滑而保护回转电动机,而行走电动机不能设有这样的保护功能;以回转为主取料时相对安全,如果以行走为主取料,当回转角度在20度或更小的角度位置时,若斗轮发生过载会使整个设备都承受较大的载荷。如斗轮顶到料堆上,则悬臂梁、回转塔架、回转支承、门座架、行走台车等都会受到较大的冲击载荷,对设备使用寿命会产生不利的影响。
取料作业包含旋转分层取料和定点斜坡取料两种作业方式。
1)分层取料根据料堆高度又可分为分段和不分段两种作业方式。
第一种作业方式:分层分段自动取料作业。首先由司机当动操作斗轮取料机行走,旋转、俯仰装置把斗轮置于料堆顶层作业开始点位置上,然后靠旋转控制开始取料,每达到旋转范围时行走机构微动一个设定距离(进给量),按照设定的供料段的长度(或设定的旋转次数)取完第一层后,进行换层操作,每层的旋转角度由物料的安息角及层数决定;俯仰高度由层数设定,行走距离由进给量决定。当取完最下一层后进行换段操作,把斗轮置于第二段最顶层的作业开始点上,重复进行取料,供料段长度的设定以臂架不碰及料堆为原则。
第二种作业方式:旋转分层不分段取料作业。此作业效率最高,可以避免作业过程中由于料堆塌方而造成设备的斗轮和臂架过载的危险,适用于较低、较短的料堆,在作业中臂架不会碰及料堆。
2)坡取料(端面取料)定点斜坡取料工艺(下图)。这是一种“堆先取、间断操作”的作业工艺,作业效率最高在作业过程中料堆容易坍塌,造成斗轮过载。
定点斜坡取料工艺图
当物料堆成规则形状后,则取料作业可以开环方式进行控制。传统的继电器控制系统有着十分明显的缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差,尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的浪费。斗轮堆取料机PLC控制系统具有以下优越性。1)程序运行可靠、无误动作,使设备的安全性、可靠性和稳定性大大提高。2)故障率低,抗干扰性好,可靠性高飞,运行稳定,维护方便,节省了安装调试和日常的维修费用。3)延长了设备的使用寿命,提高了设备的生产率,降低了工人的劳动强度。4)提高了斗轮堆取料机的现代自控制水平和整机的经济价值。5)修改程序快速、灵活,运行后调整修改程序方便,不必更改硬件部分。6)PLC控制系统具有先进性和可扩展性,同时符合当前控制水平发展的要求。在料堆场地由于环境较差,相比于其它的微机控制系统,PLC具有很强的抗干扰能力,故本次设计将采用PLC控制。
2控制工作原理
2.1控制过程简介
本次设计中大车开动的距离是通过测量车轮所转圈数,再计算成距离而得,为此,可以在车轮处装上传感器,使车轮每转一周就记一次数据。通过这一次次脉冲信号的累加,使程序中的计数器当前值等于或大于设定值时,计数器位被置位。
回转机构所转角度是通过测量轴所转圈数计算得到,可以在轴处装上传感器,测其所转圈数。每次过来的脉冲信号使计数器不断累加,当等于或大于设定值时,该计数器位被置位。
考虑到斗轮电机和输送机电机是长时间运转设备,故用温度传感器测其温度,一旦温度过高,所连接的指示灯就会亮,这时需要人工进行干预,并在处理完后关闭指示灯。
控制过程为:首先,司机控制取料机到达指定位置,并将斗轮对好位,不能使斗轮切的过深。然后,司机只要按动半自动控制按钮,控制程序就将被执行,斗轮驱动电机和输送带电机先行工作,等一段时间后,臂架就开始转动进行取料,当转到极限位置时,臂架就停止转动,这时大车行走一小段距离,等车停下后,臂架再往回转动取料,到达极限位置停止,大车再前进,如此反复进行取料。
2.2传感器选用
光电传感器的构成光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们是:发送器,接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等,在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。
根据本次设计的需要,选择扩散反射型光电开关,将一块挡板分别安装在轴和车轮上,当轴和车轮转动时,挡板能定时挡住光,并把部分光反射回去,接收器收到光信号,输出一个开关控制信号。
光电开关选用欧姆龙有限公司的E3S-C系列开光,它采用集成电路,内置放大器,适用于直流电压10～30V的控制电路中,作无接触式的操纵、控制、检测、限位、信号输出元件作用。E3S-C系列光电开关的特点:检测距离远,检出物体范围广,耐油、耐水,具有功能多、寿命长、功耗低、响应速度快、有防止相互干扰机能。所选用的型号为E3S-CD11-M1J。
温度传感器按测量方法可分为接触式和非接触式测温两大类。接触式是被测对象与测温元件有部分的接触,使两者处于同一温度,即根据测温元件的温度就可以知道被测对象的温度;非接触式测温是利用被测对象的辐射充分传达到测温元件来测量温度的,由于测温元件与被测对象不接触,因此两者不必是同一温度,只要看到被测对象就可以进行测量。
接触式测温结构简单,稳定可靠,测量精确,成本低,可以测得物体的真实温度,而且还可以测得物体内部某點的温度。但滞后现象一般较大,且不适于测量小物体、腐蚀性强的物体。由于受耐高温材料的限制,一般不用于测量很高的温度。属于接触式传感器主要有热膨胀式温度计、热电阻、热电偶。非接触式测温是通过被测对象的热辐射进行的,所以反应速度快,适于测量高温和测量有腐蚀性的物体,也可以俄两导热性差得、微小目标的、小容量的、运动的物体以及各种固体。但由于受物体的发射率、被测对象与仪表之间距离、烟尘和水蒸气等的影响,测温准确度较差,使用也不方便。
热电偶是温度量转换为电势大小的热电传感器,由于它测温点小、准确度高、动态响应快;结构简单,便于维修;可作远距离测量,便于集中检测和自动控制;产品品种规格多,并且已标准化、系列化,易于选用,在工业测温中广泛采用,故本设计选用热电偶传感器进行温度测量。选用WZPK-166/WZPK2-166铠装热电偶传感器,其特点有:1)热响应时间少,减小动态误差;2)可弯曲安装使用;3)测量范围大;4)机械强度高,耐压性好。
本文对悬臂式斗轮取料机的控制系统进行了初步的探究,对工艺流程进行了详细的分析,选取恰当的传感器,在控制系统中进行应用,有效的对目标进行控制从而合理取料。
参考文献
[1]冯振明,赵锋.PLC在斗轮堆取料机控制系统中的应用.吉林电力,2005,5:32-34.
[2]王玉兴,唐艳芹.悬臂式斗轮堆取料机的发展及研究动向.建筑机械,1998,8:25
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关键词悬臂式斗轮取料机;控制工艺;PLC
中图分类号TP273文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)061-0111-01
1取料机的工艺流程
悬臂式斗轮取料机的取料工艺:悬臂式斗轮取料机为三自由度(直线行走、上车旋转和俯仰)工程机械,实际的取料作业采用连续旋转+断续行走+手动俯仰方式。
悬臂式斗轮取料机在取料时通常是以回转为主的分层取料。以回转为主取料的优点是:运行时耗能低,在行走时连续运行消耗的能量要大于回转时的能量;回转装置的电动机输出轴上设有限力矩连轴器,过载时可打滑而保护回转电动机,而行走电动机不能设有这样的保护功能;以回转为主取料时相对安全,如果以行走为主取料,当回转角度在20度或更小的角度位置时,若斗轮发生过载会使整个设备都承受较大的载荷。如斗轮顶到料堆上,则悬臂梁、回转塔架、回转支承、门座架、行走台车等都会受到较大的冲击载荷,对设备使用寿命会产生不利的影响。
取料作业包含旋转分层取料和定点斜坡取料两种作业方式。
1)分层取料根据料堆高度又可分为分段和不分段两种作业方式。
第一种作业方式:分层分段自动取料作业。首先由司机当动操作斗轮取料机行走,旋转、俯仰装置把斗轮置于料堆顶层作业开始点位置上,然后靠旋转控制开始取料,每达到旋转范围时行走机构微动一个设定距离(进给量),按照设定的供料段的长度(或设定的旋转次数)取完第一层后,进行换层操作,每层的旋转角度由物料的安息角及层数决定;俯仰高度由层数设定,行走距离由进给量决定。当取完最下一层后进行换段操作,把斗轮置于第二段最顶层的作业开始点上,重复进行取料,供料段长度的设定以臂架不碰及料堆为原则。
第二种作业方式:旋转分层不分段取料作业。此作业效率最高,可以避免作业过程中由于料堆塌方而造成设备的斗轮和臂架过载的危险,适用于较低、较短的料堆,在作业中臂架不会碰及料堆。
2)坡取料(端面取料)定点斜坡取料工艺(下图)。这是一种“堆先取、间断操作”的作业工艺,作业效率最高在作业过程中料堆容易坍塌,造成斗轮过载。
定点斜坡取料工艺图
当物料堆成规则形状后,则取料作业可以开环方式进行控制。传统的继电器控制系统有着十分明显的缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差,尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的浪费。斗轮堆取料机PLC控制系统具有以下优越性。1)程序运行可靠、无误动作,使设备的安全性、可靠性和稳定性大大提高。2)故障率低,抗干扰性好,可靠性高飞,运行稳定,维护方便,节省了安装调试和日常的维修费用。3)延长了设备的使用寿命,提高了设备的生产率,降低了工人的劳动强度。4)提高了斗轮堆取料机的现代自控制水平和整机的经济价值。5)修改程序快速、灵活,运行后调整修改程序方便,不必更改硬件部分。6)PLC控制系统具有先进性和可扩展性,同时符合当前控制水平发展的要求。在料堆场地由于环境较差,相比于其它的微机控制系统,PLC具有很强的抗干扰能力,故本次设计将采用PLC控制。
2控制工作原理
2.1控制过程简介
本次设计中大车开动的距离是通过测量车轮所转圈数,再计算成距离而得,为此,可以在车轮处装上传感器,使车轮每转一周就记一次数据。通过这一次次脉冲信号的累加,使程序中的计数器当前值等于或大于设定值时,计数器位被置位。
回转机构所转角度是通过测量轴所转圈数计算得到,可以在轴处装上传感器,测其所转圈数。每次过来的脉冲信号使计数器不断累加,当等于或大于设定值时,该计数器位被置位。
考虑到斗轮电机和输送机电机是长时间运转设备,故用温度传感器测其温度,一旦温度过高,所连接的指示灯就会亮,这时需要人工进行干预,并在处理完后关闭指示灯。
控制过程为:首先,司机控制取料机到达指定位置,并将斗轮对好位,不能使斗轮切的过深。然后,司机只要按动半自动控制按钮,控制程序就将被执行,斗轮驱动电机和输送带电机先行工作,等一段时间后,臂架就开始转动进行取料,当转到极限位置时,臂架就停止转动,这时大车行走一小段距离,等车停下后,臂架再往回转动取料,到达极限位置停止,大车再前进,如此反复进行取料。
2.2传感器选用
光电传感器的构成光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们是:发送器,接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管和激光二极管。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等,在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。
根据本次设计的需要,选择扩散反射型光电开关,将一块挡板分别安装在轴和车轮上,当轴和车轮转动时,挡板能定时挡住光,并把部分光反射回去,接收器收到光信号,输出一个开关控制信号。
光电开关选用欧姆龙有限公司的E3S-C系列开光,它采用集成电路,内置放大器,适用于直流电压10～30V的控制电路中,作无接触式的操纵、控制、检测、限位、信号输出元件作用。E3S-C系列光电开关的特点:检测距离远,检出物体范围广,耐油、耐水,具有功能多、寿命长、功耗低、响应速度快、有防止相互干扰机能。所选用的型号为E3S-CD11-M1J。
温度传感器按测量方法可分为接触式和非接触式测温两大类。接触式是被测对象与测温元件有部分的接触,使两者处于同一温度,即根据测温元件的温度就可以知道被测对象的温度;非接触式测温是利用被测对象的辐射充分传达到测温元件来测量温度的,由于测温元件与被测对象不接触,因此两者不必是同一温度,只要看到被测对象就可以进行测量。
接触式测温结构简单,稳定可靠,测量精确,成本低,可以测得物体的真实温度,而且还可以测得物体内部某點的温度。但滞后现象一般较大,且不适于测量小物体、腐蚀性强的物体。由于受耐高温材料的限制,一般不用于测量很高的温度。属于接触式传感器主要有热膨胀式温度计、热电阻、热电偶。非接触式测温是通过被测对象的热辐射进行的,所以反应速度快,适于测量高温和测量有腐蚀性的物体,也可以俄两导热性差得、微小目标的、小容量的、运动的物体以及各种固体。但由于受物体的发射率、被测对象与仪表之间距离、烟尘和水蒸气等的影响,测温准确度较差,使用也不方便。
热电偶是温度量转换为电势大小的热电传感器,由于它测温点小、准确度高、动态响应快;结构简单,便于维修;可作远距离测量,便于集中检测和自动控制;产品品种规格多,并且已标准化、系列化,易于选用,在工业测温中广泛采用,故本设计选用热电偶传感器进行温度测量。选用WZPK-166/WZPK2-166铠装热电偶传感器,其特点有:1)热响应时间少,减小动态误差;2)可弯曲安装使用;3)测量范围大;4)机械强度高,耐压性好。
本文对悬臂式斗轮取料机的控制系统进行了初步的探究,对工艺流程进行了详细的分析,选取恰当的传感器,在控制系统中进行应用,有效的对目标进行控制从而合理取料。
参考文献
[1]冯振明,赵锋.PLC在斗轮堆取料机控制系统中的应用.吉林电力,2005,5:32-34.
[2]王玉兴,唐艳芹.悬臂式斗轮堆取料机的发展及研究动向.建筑机械,1998,8:25
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