張鑫淼，李海英

（1.河北港口集團有限公司，河北 秦皇島 066001； 2.天津電氣傳動設計研究所有限公司，天津 300180）

1 改進前技術狀況

MDQ3000/3000.650 型門式堆取料機是秦皇島港煤二期預留堆場中的主要裝卸設備，它集堆料、取料于一身，工藝變換頻繁，結構復雜。門式堆取料機包括堆料皮帶機、受料皮帶機、斗輪機構、大車、尾車等主要部分，B2DQ 門式堆取料機跨度65m，剛性腿與撓性腿之間采用主從控制由于跨度大如果大車同步出現(xiàn)故障會造成活動梁鋼結構彎曲與大車主梁的變形，大車行走掉道等嚴重事故，大車長期在3°以上偏斜情況下運行會造成鋼結構的疲勞，所以一定要把偏斜角度控制在3°允許范圍。大車行走是由ABB 變頻器和編碼器實現(xiàn)的閉環(huán)主從控制實現(xiàn)的同步調(diào)速。在原大車行走的控制系統(tǒng)中極限位置數(shù)據(jù)的選擇是根據(jù)觸發(fā)東側、西側的極限限位，PLC 記錄當時數(shù)據(jù)確定大車行走位置，這種控制方式在使用作業(yè)過程中我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)無故停車且停車后無動作或行走變頻器斷電送不上。原因如下。

1）大車的偏斜角度超過允許值自動停車。

2）大車行走保護控制方式為當工作極限和極限限位動作后PLC 自動保存此距離數(shù)據(jù)作為極限限位，下次行走到此距離工作極限自動停止運行，極限動作位置大車變頻器掉電。由于軌道旁會有雜物煤塊碰觸限位，造成設備的故障率大大提高。同時此種控制方式因為沒有設置零點無法確定大車的具體位置，使大車的偏斜校準無法實現(xiàn)。

由于在使用過程中我們發(fā)現(xiàn)原有控制方式由安裝在行走電機上的增量編碼器測定兩側電機輸出速度，安裝在大車行走輪上的絕對值編碼器傳輸距離數(shù)據(jù)經(jīng)變頻器實現(xiàn)調(diào)速，由于軌 道不平等原因造成安裝在行走輪上的絕對值編碼器有丟轉的現(xiàn)象，使大車在一水平面的標定點產(chǎn)生誤差，使PLC 中偏斜數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，在 大車已偏斜的情況下PLC 顯示大車未偏斜，偏斜輕微造成大車單側行走輪啃軌道，偏斜角度較大會造成嚴重后果影響設備的安全和操作人員人身安全。這就要求我們經(jīng)常對大車的零點進行標定，以保證編碼器中數(shù)據(jù)的可靠性。同時減少設備的故障率保證門式堆取料機的正常生產(chǎn)運行。門式堆取料機結構圖見圖1。

圖1 門式堆取料機結構圖Fig.1 PLC programming

2 詳細改進內(nèi)容

針對以上大行走系統(tǒng)現(xiàn)狀，我決定對其進行改進。整體思路是通過壩基兩側已測定的標定點，增加PLC 程序定期校正剛性腿與撓性腿的水平性也就是確定編碼器的零點，以此為基礎通過安裝在剛性退和柔性腿上的增量與絕對值編碼器采集距離與速度數(shù)據(jù)傳送到變頻器，PLC 在從變頻器中讀取數(shù)據(jù)處理后傳輸給變頻器實現(xiàn)大車行走的主從閉環(huán)控制，同時計算出整個料場的具體距離數(shù)據(jù)在PLC 程序中確定極限位置具體如下。

1）測量大車行走東西兩側限位間的實際距離，并記錄大車編碼器給出從東側走到西側的數(shù)據(jù)。經(jīng)過計算算出每圈編碼器對應的米數(shù)，公式為

式中：S為實際距離，m；T為編碼器圈數(shù)；R為每圈編碼器對應的米數(shù)。

其中8035456 是Encoder22 的零點為編碼器在標定點顯示的數(shù)值，Encoder22 來自校準數(shù)據(jù)付值當偏斜校準后，Encoder22 中的數(shù)據(jù)類型UDNT 轉換成REAL 數(shù)據(jù)輸出到 distance_temp1 中，distance_temp1 減去8035456 得出編碼器現(xiàn)在的位置數(shù)據(jù)，并除去4096 得出單圈數(shù)，在用單圈數(shù)乘以1.844（其中1.844 為根據(jù)上面公式1 得出的每圈編碼器走的米數(shù)）計算出大車行走的距離米數(shù)。當Encoder22中的數(shù)據(jù)大于等于8616417時大車前進工作極限編碼器動作，不允許大車前進。當Encoder22中的數(shù)據(jù)小于等于8043648 時大車的后退工作極限動作，大車不允許后退。后退命令無效。其中8616417和8043648 為通過校準后大車實際行走到極限位置編碼器返回數(shù)據(jù)。這樣就解決了限位誤動作后編碼器記錄其數(shù)據(jù)誤當做實際極限位置數(shù)據(jù)的故障。PLC內(nèi)程序編寫見圖2。控制原理圖見圖3。

圖2 PLC 內(nèi)程序編寫Fig.2 PLC programming

圖3 控制原理圖Fig.3 Control principle diagram

2）在程序中取內(nèi)部寄存器地址001802 的上升沿EncoderManual-DC 串聯(lián)大車行走前進和大車行走后退的閉點使大車動作時標定無效，保證標定的可靠性。將16 進制數(shù)0000 通過功能塊MOVE 到地址403223 中，同理把16 進制數(shù)8080MOVE 到地址403222 中。403223 和403222分別為編碼器地址，取內(nèi)部寄存器地址001802的下降沿結束傳輸。整個校準過成只要把大車開到標定點，強制001802 從1 跳0 就能完成校準過程。同時標定單圈編碼器的數(shù)值，這里所說的單圈編碼器是安裝在固定梁頂端的絕對值編碼器顯示大車行走偏斜的角度，當標定過剛性腿與撓性腿之后對單圈編碼器進行標定清零。直接地址ENCODERMANUASET3-DC 取上升沿竄入大車行走前進和后退的閉點通過MOVE 功能模塊將16#3A87 這組數(shù)據(jù)傳輸?shù)?03230 中，并用直接地址的下降沿結束傳輸完成對單圈編碼器的校準清零。其中403230 為安裝在固定梁頂端絕對值編碼器的地址。PLC 內(nèi)程序編寫見圖4?？刂葡到y(tǒng)圖見圖5。

圖4 PLC 內(nèi)程序編寫Fig.4 PLC programming

圖5 控制系統(tǒng)圖Fig.5 Control system diagram

3 創(chuàng)新點及技術關鍵

1）門式堆取料機大車偏差問題一直以來都是影響設備安全的極重要因素，本次技改我們是從設備的隱患排查入手，采用了科學系統(tǒng)的分析方法，將影響調(diào)偏系統(tǒng)有效性的因素一一列舉，逐項評定其影響的權重，最終查找出系統(tǒng)存在的重大隱患，為最終解決問題奠定了堅實的基礎。

2）通過對標定程序的編寫減少了標定的難度，提高了設備的安全性能，使班組電工也能上手標定，提高了對設備的保障能力。通過現(xiàn)場編碼器的數(shù)據(jù)與實際距離的測量，經(jīng)過PLC內(nèi)部的功能模塊的計算的出大車行走距離數(shù)據(jù)。同時在上位系統(tǒng)顯示出來，增加了司機對現(xiàn)場情況的了解。

3）通過現(xiàn)場測量和計算得出大車行走數(shù)據(jù)，并與實際距離相對應。自動顯示在PLC 中為預留堆場改造后的上位顯示垛位系統(tǒng)打下了基礎。同時行走偏斜校準采用自動復值模式，加強了設備保養(yǎng)減少了設備故障，降低了設備的安全風險。保證鋼結構穩(wěn)定性。

4 結論

經(jīng)過一段時間的運行觀察，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，偏斜故障率為零，為門式堆取料機大行走的運行安全提供了可靠的保障，并取得了可觀的經(jīng)濟及社會效益，具體如下。

1）如上文所述，一旦剛性腿與撓性腿之間采用主從控制由于跨度大如果大車同步出現(xiàn)故障會造成活動梁鋼結構彎曲與大車主梁的變形，大車行走掉道等嚴重事故，大車長期在3°偏斜情況下運行會造成鋼結構的疲勞，本次改造以較低的成本解決了設備存在的重大安全隱患，其經(jīng)濟效益和社會效益巨大。2）通過對PLC程序改進，減少了行走輪啃軌道等由大車偏斜引起的鋼結構受力不均，節(jié)約了更換備件的成本。3）改進后大車行走偏斜保護系統(tǒng)運行穩(wěn)定、故障率低，降低了門式堆取料機故障時間，減少了維修保養(yǎng)臺時，無形中提高了裝卸效率。

[1]倍加福絕對值編碼器產(chǎn)品說明書.

[2]施耐德使用Unity Pro 的Quantum 140 EIA 921 00 AS-i 總線接口模塊用戶手冊2011（中文）.

[3]劉美俊.變頻器應用與維修問答.電子工業(yè)出版社，2009.

[4]童時中.電子設備人機工程設計及應用.電子工業(yè)出版社，2010.