謝廣峰 王亞東

(河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計有限公司)

目前直流斬波調(diào)速的電機(jī)車依然廣泛應(yīng)用于各種礦山、鋼廠等生產(chǎn)物料的長距離有軌運輸。司家營鐵礦井下運輸所使用的就是直流斬波調(diào)速的電機(jī)車，然而這種傳統(tǒng)的人工駕駛電機(jī)車已經(jīng)不符合現(xiàn)代新型礦山建設(shè)要求。該公司所使用的電機(jī)車全部為人工手動駕駛，電機(jī)車司機(jī)進(jìn)行運輸作業(yè)時，根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制器手柄提高脈寬、降低脈寬控制電機(jī)車的速度，當(dāng)需要快速減速或停車時，投入電阻制動實現(xiàn)減速或停車。這種人工開環(huán)控制的速度穩(wěn)定性和運輸效率受人為因素影響很大，竄車掉道現(xiàn)象時有發(fā)生，礦石運輸效率低下。為此，河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計公司自主研制電機(jī)車的閉環(huán)調(diào)速裝置，以期改造電機(jī)車運行方式，實現(xiàn)高效降耗運輸。

1 閉環(huán)調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)組成

閉環(huán)調(diào)速裝置由西門子TP700精智7寸觸摸屏、西門子S7200 SMART 小型PLC、24 V直流電源、電機(jī)車測速裝置等組成[1-2]。觸摸屏、PLC及直流電源組成PLC控制單元。24 V直流電源為PLC和測速裝置供電。觸摸屏是集成自動化工程軟件 SIMATIC WinCC V11組態(tài)面板。觸摸屏與PLC用網(wǎng)線連接，在組態(tài)畫面中可以設(shè)定電機(jī)車行駛速度以及顯示行車速度。電機(jī)車測速裝置安裝在電機(jī)車的一個車輪上[3]。

2 工作原理

當(dāng)車輪上的測速裝置檢測到的電機(jī)車速度信息后，將信息輸出至駕駛室內(nèi)的PLC控制單元；PLC控制單元根據(jù)測速裝置中的旋轉(zhuǎn)編碼器信號檢測出的電機(jī)車的運行速度和方向，與電機(jī)車的預(yù)設(shè)運行速度和方向?qū)Ρ壬煽刂菩盘柕拿}寬，由PLC控制單元的高速脈沖輸出接口輸出至電機(jī)車的斬波控制器；斬波器將PLC的脈沖信號放大，用于控制電機(jī)車運行。PLC控制單元也可以使用模擬量輸出模塊將與控制輸出速度成正比關(guān)系的電壓信號直接輸送至驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸出給斬波器的脈沖可調(diào)占空比的脈寬與輸入的信號電壓成線性比例。PLC控制單元根據(jù)測速裝置輸出信號計算得出電機(jī)車的運行速度，將其與預(yù)先設(shè)定的速度對比進(jìn)行PID運算，調(diào)節(jié)控制信號的占空比值，將控制信號輸出至斬波控制器，當(dāng)運行速度超出預(yù)設(shè)速度的設(shè)定范圍時，PLC控制單元關(guān)斷控制信號的輸出，并切入電阻減速制動[4]。

電機(jī)車原有斬波調(diào)速開環(huán)控制技術(shù)原理見圖1，改造后的電機(jī)車閉環(huán)調(diào)速控制技術(shù)原理見圖2。

圖1 原電機(jī)車開環(huán)控制技術(shù)原理

3 主要功能及特點

該鐵礦的電機(jī)車應(yīng)用閉環(huán)調(diào)速裝置后，電機(jī)車的運輸行駛速度穩(wěn)定，控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)車負(fù)載大小、軌道坡度的變化自適應(yīng)調(diào)整脈寬，有效節(jié)約電能損耗，極大提高運輸效率，可以實現(xiàn)高精度定速控制且超速保護(hù)，實際行駛速度與給定速度誤差不超過0.5 km/h。其中的PLC控制單元還可以擴(kuò)展其他功能，無論是手動駕駛和遠(yuǎn)程無人駕駛都可以在此裝置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能控制。測速裝置安裝在車輪上不受外界環(huán)境及機(jī)車振動影響，可準(zhǔn)確測定機(jī)車的運行速度。采用了多項抗干擾措施，使原車的系統(tǒng)壽命延長，可靠性高，控制準(zhǔn)確，接線簡單，運行安全可靠，維護(hù)簡單，安裝成本低。

圖2 改造后電機(jī)車閉環(huán)控制技術(shù)原理

4 結(jié) 論

直流斬波調(diào)速電機(jī)車閉環(huán)調(diào)速裝置采用西門子公司的S7-200 SMART小型PLC及TP700精智7寸觸摸屏，電機(jī)車駕駛?cè)藛T通過觸摸屏進(jìn)行相關(guān)操作，在運輸行駛過程中，及時處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)快速輸出反應(yīng)。該裝置對井下電機(jī)車原有系統(tǒng)改動很小，運行可靠，硬件投入和軟件編程方面極易實現(xiàn)，并且成本低廉?，F(xiàn)已在司家營鐵礦實際應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了自動化無人駕駛，并且從中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期效果，為國內(nèi)礦山企業(yè)的井下電機(jī)車智能化改造提供了借鑒。