陳美蓉

摘 要：2300XP電鏟主要用于采礦作業(yè)過程中，由于這一型號的電鏟年代比較早，其設(shè)備元件的老化問題是模擬控制系統(tǒng)一直以來存在的缺陷，加之電磁干擾和粉塵污染等也會(huì)對電鏟的穩(wěn)定作業(yè)產(chǎn)生較大影響。2300XP電鏟經(jīng)過多年使用，原控制系統(tǒng)的諸多問題越來越突出，比如說元件故障率高、維護(hù)成本高、電路布線復(fù)雜以及備件難以采購等，因此我們應(yīng)當(dāng)積極的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)來對2300XP電鏟進(jìn)行技術(shù)改造，下面我們針對這一問題展開分析。

關(guān)鍵詞：PLC控制；系統(tǒng)改造；2300XP電鏟

引言

我們結(jié)合2300XP電鏟原有控制系統(tǒng)的功能及安全穩(wěn)定性要求較高的特征，選擇PLC來對過去以傳統(tǒng)繼電器為主的2300XP電鏟電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行升級與改造。而利用PLC控制系統(tǒng)主要是按照可靠性和先進(jìn)性的要求來確定的，PLC控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，其抗干擾能力也相對更好，因?yàn)镻LC運(yùn)用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，其生產(chǎn)制造過程也運(yùn)用了嚴(yán)格的工藝技術(shù)，控制系統(tǒng)內(nèi)部電路的可靠性較強(qiáng)。我們從PLC控制系統(tǒng)的機(jī)外電路而言，借助于PLC進(jìn)行技術(shù)改造和過去2300XP繼電器系統(tǒng)比起來，其設(shè)備元件的故障率將會(huì)得以極大的降低，維護(hù)和操作也更加方便。

1 原電氣控制系統(tǒng)及存在問題

2300XP型電鏟過去一直都是以繼電器為核心的電氣控制系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中其一個(gè)工作流程主要有挖掘、回轉(zhuǎn)、卸載以及返回，將行走、回轉(zhuǎn)、推壓以及開斗等動(dòng)作綜合起來協(xié)調(diào)進(jìn)行，各個(gè)環(huán)節(jié)通常都包括了兩個(gè)或者以上的動(dòng)作相互配合，而以繼電器為主的控制系統(tǒng)一般存在下面的問題：一方面，系統(tǒng)中的中間繼電器與時(shí)間繼電器相對較多，開關(guān)接點(diǎn)較多，電氣線路比較復(fù)雜，加之控制系統(tǒng)的常年運(yùn)行，很多設(shè)備元件逐漸老化，很容易發(fā)生故障，對電鏟的安全穩(wěn)定作業(yè)產(chǎn)生影響；另一方面，2300XP電鏟的設(shè)備元件如果需要更換，采購起來比較困難，維修維護(hù)的成本較高，對采礦的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此我們應(yīng)當(dāng)積極的應(yīng)用PLC對2300XP電鏟進(jìn)行技術(shù)改造，從而提升其安全可靠性能[1]。

2 改造方案分析

我們在對PLC控制器進(jìn)行選型的過程中必須要結(jié)合2300XP電鏟控制系統(tǒng)具體使用環(huán)境的情況，考慮到電鏟控制系統(tǒng)對于可靠性以及安全性的要求。因此可選擇SLC-300系列的PLC控制器，該系列控制器具備技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定性高的特征，技術(shù)指標(biāo)也與能夠滿足采礦作業(yè)要求，尤其是在進(jìn)行振動(dòng)、跌落等試驗(yàn)之后，獲得的數(shù)據(jù)表明其適合應(yīng)用于2300XP電鏟改造。改造后的控制系統(tǒng)設(shè)置有PLC主站，同時(shí)也增設(shè)輔助柜遠(yuǎn)程I/O站、司機(jī)室遠(yuǎn)程I/O站、變流柜遠(yuǎn)程I/O站、RPC柜遠(yuǎn)程I/O站以及潤滑室遠(yuǎn)程I/O。這就在很大程度上讓原有控制系統(tǒng)的電氣線路變得更加簡化，比如說司機(jī)室，PLC控制系統(tǒng)選擇了遠(yuǎn)程I/O通訊方式，可以憑借一根或者兩根通訊線便能夠代替過去數(shù)十根控制線，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2300XP電鏟PLC系統(tǒng)在司機(jī)室與控制室都設(shè)置了觸摸屏。操作人員能夠通過觸摸屏直接的觀察電鏟運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)觸摸屏上還能夠顯示報(bào)警指示以及故障記錄，另外操作人員還能夠通過它來對潤滑參數(shù)以及推壓限位等進(jìn)行設(shè)置，非常簡便。觸摸屏與PLC主站CPU利用DP+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。PLC主站以及遠(yuǎn)程I/O站一般利用RIO網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊，這些現(xiàn)代化的信息通信技術(shù)極大的對控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡化，從而真正實(shí)現(xiàn)了模塊化運(yùn)行管理，在很大程度上增強(qiáng)了電鏟PLC系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)增加了較多新的功能。

3 功能設(shè)計(jì)

電鏟控制系統(tǒng)進(jìn)行改造之后，PLC系統(tǒng)能夠?qū)ν鈬€路聯(lián)鎖、補(bǔ)償電容器投切以及傳動(dòng)裝置啟停等動(dòng)作進(jìn)行有效的控制。PLC控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)程I/O邏輯的輔助之下，利用總線對數(shù)字調(diào)速器下達(dá)給定信號，從而實(shí)現(xiàn)挖掘動(dòng)作。借助于PLC控制系統(tǒng)自身的運(yùn)算功能，2300XP電鏟不但可以完全的實(shí)現(xiàn)過去的所有功能，同時(shí)也相應(yīng)的增加了部分新功能[2]。

3.1 RPC自動(dòng)投切

RPC通常是1/2組、1組、2組、固定組等電容器組構(gòu)成的。對于容量方面，固定組和1/2組通常是300kV·A，而其余組基本相同，為450kV·A；對于補(bǔ)償方式方面，固定組恒定投入，其余組的具體狀態(tài)一般按照無功功率的實(shí)際需求呈現(xiàn)出不同的變化。因?yàn)?/2組容量基本等于其余獨(dú)立控制組容量的二分之一，所以我們利用各種組合能夠直接實(shí)現(xiàn)各個(gè)梯級的補(bǔ)償容量。和過去的控制系統(tǒng)比起來，PLC控制下的RPC各個(gè)組別的投入順序都具備輪換能力，按照其投入的作業(yè)時(shí)長和投入過程中電鏟實(shí)際狀態(tài)能夠?qū)θ萘肯嗤腞PC各組實(shí)現(xiàn)自由切換，這樣一來便能夠有效的降低設(shè)備發(fā)生故障的幾率。

3.2 卸料懸?？刂?/p>

進(jìn)行卸料操作時(shí)，當(dāng)首臺裝料車撤回而第二臺裝料車尚未進(jìn)入的時(shí)期，操作人員往往不會(huì)把電鏟大臂放下，同時(shí)第二臺裝料車若進(jìn)入視線范圍，操作人員通常不會(huì)選擇使用抱閘固定大臂。為更好的解決短期內(nèi)的空中懸停問題，PLC控制系統(tǒng)能夠提供卸料懸停功能，可以實(shí)現(xiàn)懸停狀態(tài)下的計(jì)算機(jī)判斷、懸停過程中設(shè)備的動(dòng)作設(shè)置和退出機(jī)制。通過這樣計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的機(jī)制，可以明顯的縮短停車再啟動(dòng)時(shí)間。

3.3 開斗轉(zhuǎn)矩設(shè)定

開斗電動(dòng)機(jī)通常負(fù)責(zé)裝車作業(yè)過程中控制斗門的開合，以便于卸料，另外電鏟在其他的作業(yè)流程中，開斗電動(dòng)機(jī)同時(shí)要微微拉緊開斗鋼絲繩，而在這兩種情況之下都應(yīng)當(dāng)對開斗電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻器通常采取速度偏差加轉(zhuǎn)矩限幅的控制手段。因?yàn)殓P斗自身的負(fù)荷量、礦石具體大小和形狀等因素的干擾，或多或少的會(huì)對開斗作業(yè)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響，而上述因素都是處于不斷變化中的，所以導(dǎo)致各次開斗狀態(tài)下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩也并非為定值?？刂葡到y(tǒng)能夠存儲各負(fù)載范圍下的開斗負(fù)載轉(zhuǎn)矩當(dāng)成是預(yù)控值，再引入動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩給定，將二者相加得到的參數(shù)當(dāng)成是轉(zhuǎn)矩限幅給定。另外程序會(huì)根據(jù)速度環(huán)退飽和的實(shí)際情況和開斗作業(yè)情況，對附加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩給定進(jìn)行合理的修訂。引入這樣的算法能夠確保各次卸料所進(jìn)行的開斗動(dòng)作不大于兩次，同時(shí)還降低了鋼絲繩被拉斷的幾率。

3.4 人機(jī)界面

操作人員能夠通過觸摸屏對駕駛室和控制柜的工控一體機(jī)進(jìn)行直接訪問，監(jiān)控系統(tǒng)一般包括了主界面、故障診斷、參數(shù)設(shè)置以及幫助信息等。主界面能夠直觀的顯示挖掘機(jī)具體狀態(tài)、推壓限位等參數(shù)，也可以提供用戶登錄以及I/O查詢等功能，是其余各個(gè)界面的主要入口；調(diào)試監(jiān)控可以讓操作人員直接對儀表進(jìn)行開關(guān)操作，顯示電壓電流、運(yùn)行曲線等數(shù)據(jù)信息；故障診斷系統(tǒng)能夠提供故障預(yù)警，便于我們對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修；參數(shù)設(shè)置頁面，操作人員可以執(zhí)行自動(dòng)潤滑、RPC設(shè)置以及推壓限位設(shè)置等動(dòng)作，而在幫助信息中可以了解該系統(tǒng)的詳細(xì)操作流程和系統(tǒng)概述信息[3]。

4 效益分析

對2300XP電鏟進(jìn)行PLC改造之后，因?yàn)楦脑旌蟮南到y(tǒng)人機(jī)界面更加友好，同時(shí)硬件線路清洗簡明，原有系統(tǒng)內(nèi)的繼電器和其他各類復(fù)雜的連線基本都已經(jīng)省掉，日常維護(hù)和檢修工作變得更加便利，平均每個(gè)月的故障檢修時(shí)間降低了五小時(shí)，其能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益約為每年八萬元。

（1）首先進(jìn)行控制系統(tǒng)改造的電鏟會(huì)更換較多的備件，而這些備件可以留作后期改造的電鏟繼續(xù)使用，不需要再次進(jìn)行采購，有效的降低設(shè)備維修成本。一臺電鏟更換下來的備件折合庫存價(jià)值一般為70萬元，能夠在很大程度上減少庫存成本。（2）進(jìn)行PLC改造之后，2300XP電鏟使用通用性較強(qiáng)的工控產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)備件庫存的統(tǒng)一規(guī)范處理，且維修管理工作十分方便。（3）觸摸屏顯示能夠非常直觀的為操作人員指出故障點(diǎn)，計(jì)算機(jī)控制不但可以對電鏟的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警，同時(shí)還能夠結(jié)合報(bào)警信息做出快速反應(yīng)，在很大程度上減少了電鏟故障的處理時(shí)間，有效提升了作業(yè)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]程榮火.基于提高安全性能的2800XP電鏟PLC控制系統(tǒng)改造[J].煤礦安全，2011（6）：16.

[2]楊進(jìn)京.2800XP電鏟驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)燒保險(xiǎn)及鏟斗墜落故障分析[J].露天采礦技術(shù)，2011（5）：10.

[3]李亞武，程榮火.2800XP電鏟無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的改造[J].露天采礦技術(shù)，2011（6）：29.