黃斌

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

隨著現(xiàn)代社會(huì)中經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，交易、運(yùn)輸?shù)裙ぷ餍枨笠苍絹?lái)越大，而港口、碼頭及一些制造業(yè)對(duì)于物料運(yùn)輸?shù)囊笠苍絹?lái)越高，斗輪堆取料機(jī)作為一種大型機(jī)械設(shè)備，能夠集約性、高效率地運(yùn)輸散料，對(duì)于工作的效率、質(zhì)量保證和提升都發(fā)揮著重要的作用。而PLC作為斗輪堆取料機(jī)的核心控制系統(tǒng)，直接影響著設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、安全性和效率因素，因此，要加強(qiáng)對(duì)斗輪堆取料機(jī)的控制和改進(jìn)，基于PLC進(jìn)行研究是有效方法。本文將從該控制系統(tǒng)本身相關(guān)原理出發(fā)，找出和分析當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題并提出相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施。

1 斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)概述

1.1 斗輪堆取料機(jī)概述

斗輪堆取料機(jī)是一種常見(jiàn)的帶式傳送機(jī)械，在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、運(yùn)輸需求加大、物料轉(zhuǎn)運(yùn)工作量大的背景下，其成為物料轉(zhuǎn)運(yùn)的專(zhuān)用大型機(jī)械。根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分，斗輪堆取料機(jī)可以分為兩種，分別是臂式和橋式。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械組合，斗輪堆取料機(jī)本身的組成部分包括傳統(tǒng)斗輪挖掘機(jī)、帶式傳輸機(jī)等多種物料運(yùn)輸裝卸機(jī)械，其單位時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力更高，在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)工作中的工作效率更加顯著。

1.2 PLC控制系統(tǒng)概述

斗輪堆取料機(jī)中，運(yùn)行機(jī)構(gòu)是非常重要的，其運(yùn)行時(shí)需要通過(guò)介入強(qiáng)電系統(tǒng)。斗輪堆取料機(jī)的運(yùn)行規(guī)模大、工作強(qiáng)度高、工作時(shí)間長(zhǎng)，因而其所需的控制規(guī)模也很大。PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在斗輪堆取料機(jī)運(yùn)行中的自動(dòng)化控制，提高機(jī)械操作的效率，讓操作人員實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的操作以及優(yōu)化。針對(duì)機(jī)械常用的功能，PLC控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了不同的控制模塊，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)功能和操作的劃分，并且提供基礎(chǔ)，讓機(jī)械的操作人員能夠選擇更加合適的功能來(lái)應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)機(jī)械控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后，就會(huì)導(dǎo)致作業(yè)效率和質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)安全問(wèn)題，這時(shí)，就可以調(diào)節(jié)具體的模塊來(lái)幫助操作人員完成任務(wù)。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的控制方式

PLC控制系統(tǒng)的模塊的各自組成部分，主要包括各自的CPU、電源等，并在此基礎(chǔ)上提供斗輪堆取料機(jī)運(yùn)行所需要的必要條件。當(dāng)斗輪堆取料機(jī)整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械的動(dòng)力依靠交流電機(jī)來(lái)提供；斗輪堆取料機(jī)的重要作用在于對(duì)物料進(jìn)行運(yùn)輸，通過(guò)穩(wěn)定的運(yùn)行來(lái)保障工作作業(yè)的完成和效率，而其工作的穩(wěn)定性、安全性，也即對(duì)物料輸送過(guò)程中的狀態(tài)，要依靠PLC控制系統(tǒng)在接受指令后，通過(guò)變頻器來(lái)控制機(jī)械整體進(jìn)行；PLC控制系統(tǒng)還通過(guò)三相交流電機(jī)來(lái)控制尾車(chē)皮帶的運(yùn)行，而操作人員也會(huì)通過(guò)計(jì)算來(lái)提高運(yùn)行效率，保持運(yùn)行荷載范圍安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)動(dòng)力；斗輪堆取料機(jī)的斗輪驅(qū)動(dòng)的控制原理在于，要保證動(dòng)力在荷載范圍的控制內(nèi)，避免出現(xiàn)超負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且檢查斗輪堆取料機(jī)的供電系統(tǒng)穩(wěn)定性情況，避免電流變化以及不穩(wěn)定情況對(duì)系統(tǒng)元件有可能造成的損害，同時(shí)，還需要留意信號(hào)接收方面的問(wèn)題，這樣的控制原理實(shí)際上同尾車(chē)皮帶運(yùn)行控制原理相同。

2 斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

2.1 抗供電系統(tǒng)波動(dòng)干擾性較弱

由于各種因素的影響，目前，我國(guó)常用的斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)多數(shù)為歐美所出產(chǎn)，其在使用過(guò)程中，自身的質(zhì)量較高，運(yùn)行較為穩(wěn)定，安全性也有所保證。在這樣的背景下，目前，機(jī)械作業(yè)、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)所出現(xiàn)的問(wèn)題多數(shù)是由于外部的因素干擾而導(dǎo)致的，例如，運(yùn)行振動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)連接松動(dòng)、線路電路問(wèn)題導(dǎo)致的系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失等，而抗供電系統(tǒng)波動(dòng)干擾性較弱，是其首要存在的問(wèn)題。

首先，由于運(yùn)行的強(qiáng)度大、要求高，斗輪取料機(jī)在運(yùn)行時(shí)，需要接入的是強(qiáng)電系統(tǒng)，而在工作環(huán)境下，同一強(qiáng)電系統(tǒng)內(nèi)，不同的大型機(jī)械和設(shè)備都會(huì)接入，當(dāng)這些機(jī)械和設(shè)備開(kāi)關(guān)、提速降速時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致電流變化進(jìn)而影響強(qiáng)電系統(tǒng)內(nèi)的波動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，變頻器等電流交換裝置則會(huì)發(fā)出高頻次諧波，會(huì)嚴(yán)重沖擊設(shè)備的控制系統(tǒng)。其次，部分情況下，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)短路故障問(wèn)題，這一故障也會(huì)引起電網(wǎng)的波動(dòng)并干擾PLC系統(tǒng)；最后，斗輪堆取料機(jī)的運(yùn)行本身是需要內(nèi)部多個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行的，也就需要不同的電機(jī)共同開(kāi)展工作，而當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)的時(shí)候，電流會(huì)發(fā)生瞬間的幅度較大的波動(dòng)，容易導(dǎo)致PLC系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題。

2.2 抗磁場(chǎng)和感應(yīng)電干擾性不強(qiáng)

斗輪堆取料機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的操作，采用的是遠(yuǎn)程I/O，數(shù)據(jù)的傳輸、儲(chǔ)存以及對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，都要依靠遠(yuǎn)程站通過(guò)總線來(lái)連接斗輪機(jī)控制系統(tǒng)而進(jìn)行。而數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸穩(wěn)定性和性能就影響了PLC控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程站之間的通信質(zhì)量，一方面，由于本身斗輪堆取料機(jī)的生產(chǎn)工作環(huán)境較為復(fù)雜，尤其容易產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲等，這些外部環(huán)境因素都會(huì)影響數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，而另一方面，變頻器轉(zhuǎn)換不同的轉(zhuǎn)速之間時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧波，其諧波也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸造成嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致通信故障，也進(jìn)一步引發(fā)了斗輪堆取料機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題。

2.3 PLC控制器電路連接不夠穩(wěn)定

斗輪堆取料機(jī)本身的工作環(huán)境是較為復(fù)雜且污染較為嚴(yán)重的，其中，噪聲、振動(dòng)以及一部分粉塵污染問(wèn)題，都容易影響設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，使連接線路因?yàn)檎駝?dòng)等原因松脫，或是由于環(huán)境而短路，控制系統(tǒng)的電流運(yùn)轉(zhuǎn)回路不能正常進(jìn)行，控制系統(tǒng)本身的工作也就受到了阻礙。此外，強(qiáng)電系統(tǒng)接入的工作下，斗輪堆取料機(jī)本身除了由于電流的瞬間波動(dòng)而容易產(chǎn)生的電器元件損壞問(wèn)題外，還有可能出現(xiàn)長(zhǎng)期性、潛伏性的安全隱患，當(dāng)瞬間電流變化過(guò)多以及強(qiáng)電流通過(guò)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，電路的使用壽命就容易縮短，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，這也會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題，引起安全故障，對(duì)設(shè)備的安全、工作人員的人身安全以及工作作業(yè)進(jìn)行都是較大的威脅。

3 針對(duì)斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)的改進(jìn)措施

3.1 優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于容易受到供電系統(tǒng)波動(dòng)以及磁場(chǎng)感應(yīng)電的干擾，PLC控制系統(tǒng)容易出現(xiàn)相應(yīng)的故障問(wèn)題，針對(duì)這種問(wèn)題，優(yōu)化和改進(jìn)最主要的措施是為控制系統(tǒng)添加隔離裝置，并且更換優(yōu)化線路的材質(zhì)，從而降低相應(yīng)干擾，也提高控制系統(tǒng)中相應(yīng)的抗供電系統(tǒng)波動(dòng)干擾性、抗磁場(chǎng)和感應(yīng)電干擾性。其中，隔離裝置的添加要注意主要目的是隔離變壓器以及屏蔽電纜，采用380V轉(zhuǎn)220V隔離變壓器，這對(duì)于供電系統(tǒng)波動(dòng)而形成的諧波具有較為明顯有效的過(guò)濾作用；屏蔽電纜，對(duì)于電磁波在金屬表面形成的渦流能夠起到有效的降低作用，也能夠抵消對(duì)控制系統(tǒng)的干擾。而另一方面，優(yōu)化線路材質(zhì)問(wèn)題，則是針對(duì)斗輪堆取料機(jī)的總線進(jìn)行的，線路長(zhǎng)、環(huán)境干擾多且干擾強(qiáng)度較高、線路數(shù)據(jù)能量傳輸速度問(wèn)題等因素，綜合影響了斗輪取料機(jī)對(duì)于線路的要求，而普通的電纜相較于光纜，對(duì)設(shè)備的需求滿(mǎn)足較為不到位，因此，可以采取光纜更換來(lái)降低長(zhǎng)距離傳輸帶來(lái)的消耗以及干擾等，加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的工作環(huán)境質(zhì)量。

3.2 通過(guò)冗余技術(shù)優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)

冗余技術(shù)能夠協(xié)調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，提高其運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，具體來(lái)說(shuō)，其實(shí)，通過(guò)為系統(tǒng)配置兩套及以上功能相同的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這實(shí)際上相當(dāng)于設(shè)置了一套乃至多套備用系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，更好地應(yīng)對(duì)故障，加強(qiáng)容錯(cuò)率。對(duì)于優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)，冗余技術(shù)是有效手段，當(dāng)數(shù)據(jù)同步過(guò)程中發(fā)生了設(shè)備故障時(shí)，通過(guò)這一技術(shù)能夠提供備用軟件程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或是控制系統(tǒng)的瞬時(shí)切換，從而提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全性。

3.3 加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)工作

除了對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行基礎(chǔ)的處理以及優(yōu)化改進(jìn)外，定期的運(yùn)行維護(hù)工作也是非常重要的，通過(guò)按期合理的運(yùn)維，能夠提前檢測(cè)出設(shè)備的安全隱患、故障隱患，提前制定好應(yīng)對(duì)方法，及時(shí)處理各種故障，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，也是技術(shù)人員所要認(rèn)真重視的。首先，要對(duì)線路進(jìn)行按期的檢測(cè)，對(duì)其安全性能、線路強(qiáng)度等都嚴(yán)格檢查，提前發(fā)現(xiàn)線路老化問(wèn)題等，避免電氣消防安全事故的發(fā)生；其次，對(duì)斗輪堆取料機(jī)的電氣回路要進(jìn)行按時(shí)檢查，確?；芈纷匀涣魍āＲA(yù)防和處理開(kāi)關(guān)部分短路現(xiàn)象、設(shè)備線路連接松動(dòng)情況、信號(hào)傳感器干擾情況等，保障PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

斗輪堆取料機(jī)在當(dāng)前的市場(chǎng)中重要性不言而喻，其關(guān)系到物料轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)的效率，而PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，則是斗輪堆取料機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，因此，針對(duì)其出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)通過(guò)一定的優(yōu)化改進(jìn)措施進(jìn)行完善，并做好運(yùn)行維護(hù)工作，保障運(yùn)輸作業(yè)的順利進(jìn)行。