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【摘 要】 电气控制系统新技术在堆取料机上的应用增强了各系统的功能，使各系統的设计更为灵活，运行更加安全可靠，同时使堆取料机的操作及维护向自动、人性化方向发展，从而提高了设备的管理维护水，降低了成本，提高了生产效率，所以加强对斗轮堆取料机电气控制系统的研究是非常有必要的，对此本文分析了斗轮堆取料机电气控制系统的相关方面。
【关键词】 斗轮堆取料机；电气控制系统；PLC
引言：
斗轮堆取料机电控系统，综合集成了PLC的控制技术和触摸屏的画面监控技术，实现了斗轮机生产工艺过程的自动化控制。该系统的运行安全可靠，不仅提高了生产率，而且在有效地改善生产操作人员工作环境的同时，也取得了较好的经济效益。
1、系统配置及特点
1.1系统配置
该斗轮堆取料机系统采用了SIEMENSS7-300系列的PLC（可编程控制器）控制整个设备的生产运作，其中：PLC包括224个数字量输入点，96个数字量输出点，8个模拟量输入通道，4个模拟量输出通道。同时，还采用1个主站2个从站和2个变频器的结构形式。主站的CPU（中央处理器）模块通过交换机与报警显示触摸屏、编程器相连，如图1所示。
1.2特点
该电控系统具有以下特点：
（1）加强了系统的工艺性，该系统加强了接受和管理原始数据及生产工艺数据设定计算功能，扩大了向基础自动化级发送有关生产指令和设定值的功能权限，并具有生产管理和设备管理等功能。
（2）控制功能庞大且综合性强，整套系统集中了多种机电设备的速度检测，位置检测及连锁控制功能。
（3）高性能的PLC控制器快速控制系统采用了SIEMENSS7-300系列的PLC，最快控制周期可小于1ms，适用于分布式生产过程的快速系统。硬件系统元件为CPU指示，硬件集成化程度高，适用于工业现场环境。该控制系统能满足“高速控制，高速通讯”的要求，系统控制周期速度可达2ms的数据更新速率。
（4）编程环境良好用于对PLC编程和组态的编程软件，具有强大的编程能力且操作界面简单。
2、控制系统的主要功能及组成
2.1系统的主要功能
控制系统主要功能有：采集信息及半自动和手动操作；在线监视工艺基本参数；检测和显示设备状态；可执行监控动作。
2.2系统的组成
控制系统包括以下子系统：大车走行控制系统、回转控制系统、俯仰控制系统、斗轮控制系统、皮带控制系统、HMI人机界面控制系统及半自动控制系统。
3、堆取料机电气系统中核心技术及其应用
3.1 PLC控制系统
完全使用继电器时代已经结束了。使用继电器控制相对复杂，中间继电器太多，接线点多，故障率高，因此维护相对麻烦。替代继电器使用PLC系统，可以将外部的检测及操作点输入PLC程序中进行控制接触器，达到控制电机。PLC系统的优点：运行之可靠，响应速度之快，故障修改及维护方便等。
3.2变频器利用
变频器优点很多，驱动电动机起动电流较小，可实现无级调速和软起动，速度控制非常方便，大大地提高了电动机性能，并节约用电。
（1）走行变频器。最早期控制行走系统多半采用双速电机，其运行速度分别为工作速度（7m/min）与调车速度（30m/min）两档，采用自耦变压器来起到减小起动冲击的作用。可是如果现场敷设的轨道根本没有达到设计要求，高速调车就根本实现不了，这就会影响到设备工作效率。但采用变频器控制，这些问题就都不复存在了。可以根据现场情况适当进行调整车速，工艺方面可以最大限度的满足要求。
（2）回转变频器。早期悬臂回转采用了直流调速控制以保证堆取料机取料量恒定。但缺点太多，随着变频调速技术的一点点成熟，悬臂回转部分的控制系统部分多开始使用交流变频调速，可以满足工艺的要求，使用起来又简单。
4、堆取料机电气系统新技术的开发及应用
近年，随着信息产业的迅猛发展，堆取料机的控制技术水平也随之更上一层楼，相继开发出许多高科技、人性化产品。下面重点介绍堆取料机新技术及相关产品的发展与应用。
（1）人机界面系统—触摸屏
触摸屏是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品，可代替普通或工控计算机在恶劣的工业环境中使用，具有交互性好、编程简单，与PLC联结简便、使用安全可靠的特点。堆取料机中的PLC与触摸屏通过SR232口，软件在触摸屏中与PLC互换数据。其主要使用功能如下：
l）实时显示设备或系统操作状态的信息。堆取料机的走行、俯仰、回转位置均通过触摸屏来显示。
2）触动触摸屏上的按钮可显示各种工作信号（并可显示图形、报替信息、趋势图等），产生相关动作控制系统运行。
3）通过按钮将数值、字符输入到PLC中进行数据交换，减少了操作台元件，节省了输入输出模块。如半自动堆料和取料的料堆的长、宽、高度及寸动距离等参数，都要通过触摸屏设定。
4）可进行多幅画面重盛或切换显示，不同机构设有不同画面，如故障信息单独设有一画面，且设有故障历史记录，各画面之间随意切换，操作简便。
（2）光缆通讯
作为移动设备，堆取料机要通过卷筒上的通讯电缆（不带光缆）传输开关量信号，与地面中心控制室之间保持必要的信号联锁。随着管理水平的提高，要传输给中心控制室的信号也随之增多，既有数字量信号，又有模拟量信号，如斗轮堆取料机走行位里信号、机上皮带称的称量信号、斗轮及皮带机的电机电流信号及工业电视监视系统信号等。信号传输量如此之大，采用普通的通讯电缆已不能满足传输要求，因此改为带有光缆的通讯电缆传输。
光缆通讯的优点是：不受其它信号的干扰，通讯稳定可靠；通讯量大，既可以传输数字量信号，又可以传输模拟量信号。堆取料机与中控室之间互相传递各种信息及联锁信号，从而提高了整个设备的控制及管理水平。 （3）无线通讯
在堆取料機中，无线通讯系统可以取代通讯电缆卷筒和电缆，起到在堆取料机与地面控制系统之间传输信号的作用。无线通讯系统既可传输数字量信号，又可传输模拟量信号，而且造价远远低于光缆通讯。无线通讯系统由调制解调器、天线及附件组成。作为主要部件，调制解调器由DA量A—LNIK集团生产，分为无线调制解调器和无线以太网调制解调器两种。无线电调制解调器安装简便，无需昂贵且不易安装的硬电缆和光缆。应用跳频、扩频和32位误码矫正技术，数据传输性能极佳。支持多种组态，包括点对点通讯和多点通讯，多点通讯对从站数目无限制。在无阻挡物的情况下，两调制解调器之间的通讯距离可达30公里。因此它可提供最可靠的申行无线通讯方案，保证通讯快捷可靠。
（4）视频监控系统
堆取散料作业过程中，由于设备较大司机视角限制，有的时候观察不到作业部位的真实情况，因此很容易会出现堆料作业时料堆过高而碰皮带、取料作业时轮斗会抓地、下端皮带触料等情况。只要安装了视频监控系统就能很好好地解决这一问题。通过在设备适当位置安装摄像头，采集图像信号并传至驾驶室，使司机可以清楚地看到具体的料堆情况，从而可以更好地避免事故地发生，同时也会提高它的作业效率。
视频监控系统包括摄像头、视频分割器、视频分配器、监视器等组成，其接线也较简单。在堆取料机找出司机死角，对死角进行监控，这样就可以清清楚楚地观察到设备与料堆之间的具体位置，从而能够准确的堆料取料作业，提高了设备作业效率。
（5）现场总线PROFIBUS
1）传统堆取料机外部信息集成系统：
堆取料机作为现场级别的设备，传统的信息集成系统它主要是采用I/O接线方式进行传输4～20mA模拟信号或者开关信号。
2）传统的堆取料机信息采集系统主要缺点：
①信息获取量不强。PLC系统与现场设备之间采用的是I/O连线连接的，传输4～20mA模拟量信号或者24VDC开关量信号，运用这些信号监控现场设备。可是PLC对例如变频器运行电流、故障报警信号等数据获取是有限的，因此信息获取量不强，一般没有办法满足系统对外部数据的要求。②可靠性较低，不能保证。大量I/O电缆在设备上敷设，不仅仅增加成本，也会使系统变得更加的不稳定、更加不可靠。③可维护操作性不高。在线故障诊断、报警、记录功能均不强都是设备信息采集不全所造成的。
2）现场总线技术在堆取料机上的应用信息集成系统
将堆取料机上的电气配电室暂且分为上部、下部及司机室。主站PLC在司机室内，远程扩展模块ET200两块分别在上部及下部，另外上部下部配电室中的变频器以及编码器等相应的电气元件均可以通过现场总线PROFIBUS—DP进行链接，信息量可以充分的采集，仅仅是通过一根电缆。
5、结束语
堆取料机是现代化大型企业贮运料场所必备的设备之一，是一种高效率连续作业的散料装卸机械设备。堆取料机不但工作效率高，而且还可节省大量劳动力、改善劳动条件，因此被国内外广泛采用。在斗轮堆取料机电气系统中，电气传动和逻辑控制是非常重要的，所以一般情况下回采用PLC（可编程控制器）控制整个系统生产作业，降低工作效率，获得更大的经济效益。
参考文献：
[1]黄明.斗轮堆取料机电气控制系统[J].重工与起重技术，2007，02：29-30.
[2]高兰君.堆取料机电气控制系统新技术的应用[J].重工与起重技术，2004，03：21-24.
[3]杨蕊.斗轮堆取料机电气控制系统[J].重工与起重技术，2014，03：10+12.
[4]贾飞温，李建峰.斗轮堆取料机无线控制系统改造[J].山西能源与节能，2010，03：16-17.
【关键词】 斗轮堆取料机；电气控制系统；PLC
引言：
斗轮堆取料机电控系统，综合集成了PLC的控制技术和触摸屏的画面监控技术，实现了斗轮机生产工艺过程的自动化控制。该系统的运行安全可靠，不仅提高了生产率，而且在有效地改善生产操作人员工作环境的同时，也取得了较好的经济效益。
1、系统配置及特点
1.1系统配置
该斗轮堆取料机系统采用了SIEMENSS7-300系列的PLC（可编程控制器）控制整个设备的生产运作，其中：PLC包括224个数字量输入点，96个数字量输出点，8个模拟量输入通道，4个模拟量输出通道。同时，还采用1个主站2个从站和2个变频器的结构形式。主站的CPU（中央处理器）模块通过交换机与报警显示触摸屏、编程器相连，如图1所示。
1.2特点
该电控系统具有以下特点：
（1）加强了系统的工艺性，该系统加强了接受和管理原始数据及生产工艺数据设定计算功能，扩大了向基础自动化级发送有关生产指令和设定值的功能权限，并具有生产管理和设备管理等功能。
（2）控制功能庞大且综合性强，整套系统集中了多种机电设备的速度检测，位置检测及连锁控制功能。
（3）高性能的PLC控制器快速控制系统采用了SIEMENSS7-300系列的PLC，最快控制周期可小于1ms，适用于分布式生产过程的快速系统。硬件系统元件为CPU指示，硬件集成化程度高，适用于工业现场环境。该控制系统能满足“高速控制，高速通讯”的要求，系统控制周期速度可达2ms的数据更新速率。
（4）编程环境良好用于对PLC编程和组态的编程软件，具有强大的编程能力且操作界面简单。
2、控制系统的主要功能及组成
2.1系统的主要功能
控制系统主要功能有：采集信息及半自动和手动操作；在线监视工艺基本参数；检测和显示设备状态；可执行监控动作。
2.2系统的组成
控制系统包括以下子系统：大车走行控制系统、回转控制系统、俯仰控制系统、斗轮控制系统、皮带控制系统、HMI人机界面控制系统及半自动控制系统。
3、堆取料机电气系统中核心技术及其应用
3.1 PLC控制系统
完全使用继电器时代已经结束了。使用继电器控制相对复杂，中间继电器太多，接线点多，故障率高，因此维护相对麻烦。替代继电器使用PLC系统，可以将外部的检测及操作点输入PLC程序中进行控制接触器，达到控制电机。PLC系统的优点：运行之可靠，响应速度之快，故障修改及维护方便等。
3.2变频器利用
变频器优点很多，驱动电动机起动电流较小，可实现无级调速和软起动，速度控制非常方便，大大地提高了电动机性能，并节约用电。
（1）走行变频器。最早期控制行走系统多半采用双速电机，其运行速度分别为工作速度（7m/min）与调车速度（30m/min）两档，采用自耦变压器来起到减小起动冲击的作用。可是如果现场敷设的轨道根本没有达到设计要求，高速调车就根本实现不了，这就会影响到设备工作效率。但采用变频器控制，这些问题就都不复存在了。可以根据现场情况适当进行调整车速，工艺方面可以最大限度的满足要求。
（2）回转变频器。早期悬臂回转采用了直流调速控制以保证堆取料机取料量恒定。但缺点太多，随着变频调速技术的一点点成熟，悬臂回转部分的控制系统部分多开始使用交流变频调速，可以满足工艺的要求，使用起来又简单。
4、堆取料机电气系统新技术的开发及应用
近年，随着信息产业的迅猛发展，堆取料机的控制技术水平也随之更上一层楼，相继开发出许多高科技、人性化产品。下面重点介绍堆取料机新技术及相关产品的发展与应用。
（1）人机界面系统—触摸屏
触摸屏是90年代出现的新型可编程终端，是新一代高科技人机界面产品，可代替普通或工控计算机在恶劣的工业环境中使用，具有交互性好、编程简单，与PLC联结简便、使用安全可靠的特点。堆取料机中的PLC与触摸屏通过SR232口，软件在触摸屏中与PLC互换数据。其主要使用功能如下：
l）实时显示设备或系统操作状态的信息。堆取料机的走行、俯仰、回转位置均通过触摸屏来显示。
2）触动触摸屏上的按钮可显示各种工作信号（并可显示图形、报替信息、趋势图等），产生相关动作控制系统运行。
3）通过按钮将数值、字符输入到PLC中进行数据交换，减少了操作台元件，节省了输入输出模块。如半自动堆料和取料的料堆的长、宽、高度及寸动距离等参数，都要通过触摸屏设定。
4）可进行多幅画面重盛或切换显示，不同机构设有不同画面，如故障信息单独设有一画面，且设有故障历史记录，各画面之间随意切换，操作简便。
（2）光缆通讯
作为移动设备，堆取料机要通过卷筒上的通讯电缆（不带光缆）传输开关量信号，与地面中心控制室之间保持必要的信号联锁。随着管理水平的提高，要传输给中心控制室的信号也随之增多，既有数字量信号，又有模拟量信号，如斗轮堆取料机走行位里信号、机上皮带称的称量信号、斗轮及皮带机的电机电流信号及工业电视监视系统信号等。信号传输量如此之大，采用普通的通讯电缆已不能满足传输要求，因此改为带有光缆的通讯电缆传输。
光缆通讯的优点是：不受其它信号的干扰，通讯稳定可靠；通讯量大，既可以传输数字量信号，又可以传输模拟量信号。堆取料机与中控室之间互相传递各种信息及联锁信号，从而提高了整个设备的控制及管理水平。 （3）无线通讯
在堆取料機中，无线通讯系统可以取代通讯电缆卷筒和电缆，起到在堆取料机与地面控制系统之间传输信号的作用。无线通讯系统既可传输数字量信号，又可传输模拟量信号，而且造价远远低于光缆通讯。无线通讯系统由调制解调器、天线及附件组成。作为主要部件，调制解调器由DA量A—LNIK集团生产，分为无线调制解调器和无线以太网调制解调器两种。无线电调制解调器安装简便，无需昂贵且不易安装的硬电缆和光缆。应用跳频、扩频和32位误码矫正技术，数据传输性能极佳。支持多种组态，包括点对点通讯和多点通讯，多点通讯对从站数目无限制。在无阻挡物的情况下，两调制解调器之间的通讯距离可达30公里。因此它可提供最可靠的申行无线通讯方案，保证通讯快捷可靠。
（4）视频监控系统
堆取散料作业过程中，由于设备较大司机视角限制，有的时候观察不到作业部位的真实情况，因此很容易会出现堆料作业时料堆过高而碰皮带、取料作业时轮斗会抓地、下端皮带触料等情况。只要安装了视频监控系统就能很好好地解决这一问题。通过在设备适当位置安装摄像头，采集图像信号并传至驾驶室，使司机可以清楚地看到具体的料堆情况，从而可以更好地避免事故地发生，同时也会提高它的作业效率。
视频监控系统包括摄像头、视频分割器、视频分配器、监视器等组成，其接线也较简单。在堆取料机找出司机死角，对死角进行监控，这样就可以清清楚楚地观察到设备与料堆之间的具体位置，从而能够准确的堆料取料作业，提高了设备作业效率。
（5）现场总线PROFIBUS
1）传统堆取料机外部信息集成系统：
堆取料机作为现场级别的设备，传统的信息集成系统它主要是采用I/O接线方式进行传输4～20mA模拟信号或者开关信号。
2）传统的堆取料机信息采集系统主要缺点：
①信息获取量不强。PLC系统与现场设备之间采用的是I/O连线连接的，传输4～20mA模拟量信号或者24VDC开关量信号，运用这些信号监控现场设备。可是PLC对例如变频器运行电流、故障报警信号等数据获取是有限的，因此信息获取量不强，一般没有办法满足系统对外部数据的要求。②可靠性较低，不能保证。大量I/O电缆在设备上敷设，不仅仅增加成本，也会使系统变得更加的不稳定、更加不可靠。③可维护操作性不高。在线故障诊断、报警、记录功能均不强都是设备信息采集不全所造成的。
2）现场总线技术在堆取料机上的应用信息集成系统
将堆取料机上的电气配电室暂且分为上部、下部及司机室。主站PLC在司机室内，远程扩展模块ET200两块分别在上部及下部，另外上部下部配电室中的变频器以及编码器等相应的电气元件均可以通过现场总线PROFIBUS—DP进行链接，信息量可以充分的采集，仅仅是通过一根电缆。
5、结束语
堆取料机是现代化大型企业贮运料场所必备的设备之一，是一种高效率连续作业的散料装卸机械设备。堆取料机不但工作效率高，而且还可节省大量劳动力、改善劳动条件，因此被国内外广泛采用。在斗轮堆取料机电气系统中，电气传动和逻辑控制是非常重要的，所以一般情况下回采用PLC（可编程控制器）控制整个系统生产作业，降低工作效率，获得更大的经济效益。
参考文献：
[1]黄明.斗轮堆取料机电气控制系统[J].重工与起重技术，2007，02：29-30.
[2]高兰君.堆取料机电气控制系统新技术的应用[J].重工与起重技术，2004，03：21-24.
[3]杨蕊.斗轮堆取料机电气控制系统[J].重工与起重技术，2014，03：10+12.
[4]贾飞温，李建峰.斗轮堆取料机无线控制系统改造[J].山西能源与节能，2010，03：16-17.