论文部分内容阅读
本文所列举的煤厂采用环形堆/取料机， 该设备由国外进口， 其控制系统采用美国 Honeywell公司PLDM620- 20型 PLC， 1988年投入使用；2001年新建一条生产线后2条生产线共用该堆场。1998年至2004年PLC控制系统故障发生率逐年递增， 特别是2004年下半年， 该系统频繁发生故障， 严重影响工厂的正常生产。2005年初， 我们对其进行了设计改造，取得了很好效果。
一、 现状调查
以 2004 年全年故障情况为例进行汇总分析：
（一）程序无故丢失， 重新输入程序困难： 1～3月份程序丢失3次， 平均每次处理时间9.2h。
（二）PLC驱动模块（620-0033）和系统模块（620-0030）故障2次， 其他模块故障3次，平均每次处理时间3h。
（三）在堆煤时煤堆顶部波浪起伏， 需要人工进行调整， 耗时、耗工、生产成本升高、堆煤效率低。
二、故障原因分析
（一）程序丢失和模块故障： PLDM 620- 20型PLC是20 世纪80年代中期产品， 多年使用后， 模块老化造成自身出现故障或使程序丢失。
（二）PLC 程序： 对设备随机的 PLC 程序进行分析，发现自诊断、监控、复位和控制程序有缺陷， 造成控制系统在出现死循环、内部程序不工作等故障时， 无法诊断出 PLC 故障。
（三）堆顶波浪起伏问题： 从机械设备中查找， 没有发现什么问题； 通过对控制程序中的悬臂旋转控制部分进行研究， 发现原堆料机的正反转控制程序设计上不合理， 如堆料行走速度过快， 以及故障停车重新启动后， 皮带上没有物料情况下， 悬臂照常行走， 从而造成在堆煤时煤堆顶部波浪起伏。
（四）堆料机悬臂超限问题： 程序中有一组正/反转极限程序， 现场有一组超限限位开关。超限限位只有断开线路中的硬联锁， 而没有输入至 PLC 程序中， 当悬臂旋转用力过猛或正/反向限位失灵时， 堆料机就会闯进取料工作区而造成取料机耙子与堆料机悬臂相互机械碰撞。
（五） 取料机耙子无法返回的问题： 由于煤堆/取料机的原程序是按照烟煤煤堆设计， 烟煤煤堆比较松弛、煤块少， 原程序中考虑卷扬机在正反转时有刹车装置； 在两头限位处， 都有 5s 的停留时间， 返回时， 在确认碰到限位开关后， 才允许返回。而无烟煤煤堆结实， 且大煤块多， 耙架在碰到限位开关后， PLC 输出停止， 卷扬机刹车停止， 钉耙插入结实的煤堆里， 受到钢丝弹性张力作用， 限位碰撞块碰到限位开关后， 迅速回缩离开限位位置， 造成耙子停止 5s 后无法返回， 引起取料机故障。
三、改造方案及实施
（一）为了满足现场操作要求， 在现场增加触摸屏。
（二） 针对模块老化问题， 如果直接更新原模块， 平均每块模块约 1 万美元左右， 并且相配套的应用软件， 国外早已升级更新， 需要重新购买， 费用相当高；我们采用国产 OMRON CQM1- CPU42 型 PLC， 投资费用低， 并且便于今后购买备件。由于 OMRON 机型无断延时功能， 我们应用保持继电器的保持/复位功能和通电延时继电器延时功能。
（三）个测速装置采用国产化后， 在程序中由原常通开关量改为具有脉冲的开关量， 即在 ms 时间内， 测得 n 个脉冲， 来达到测速的目的。具体设置： 刮板机测速装置在 10s 内测 15 个脉冲； 耙子测速装置在 10s内测 8 个脉冲； 堆煤输送机测速装置在 10s 内测 20个脉冲。
（四）自诊断、监控和复位功能的实现利用
OMRON CQM1 PLC 装置自带的常通标志、低电位标志和 0.1s 时钟脉冲位 3 种功能来实现自诊断、监控和复位（梯形程序略）。
（五）通过程序解决
堆顶波浪起伏通过分析比较， 我们采用了由主轮轮齿来实现悬臂正转/反转的控制方案。堆料机悬臂旋转角度由旋转主轴的测量齿轮产生脉冲数来实现。主轴齿轮有75 个轮齿， 通过现场精确测量， 堆料机 360°旋转时，共 720 个轮齿， 一个轮齿为一个脉冲， 则一个脉冲为0.5°， 正转 241 个脉冲， 反转 240 个脉冲。悬臂可以在360°旋转中步进堆煤， 在 120°取料区两侧有 2 个限位开关， 另外 240°堆煤区全部由脉冲计数来实现对悬臂旋转正反转控制（堆/取料机工作平面示意见图 （3）。在悬臂头部设置一个料位探头， 探测堆顶高度。在程序中设有 4 个通道寄存器 RH3～RH6， 用于存放正反转比较值和设定值；在正反转程序中增加一个“达到堆顶”判断程序并设置一个延时， 这样当悬臂达到堆顶时继续前行 0.5°， 使堆顶料层叠， 更好地消除波浪起伏。
（六）解决堆料机悬臂旋转超限
为了防止堆料机悬臂超限， 我们除了保留超限限位的控制线路的硬联锁外， 再增加一组输入至 PLC中的软件测点， 并且在程序中多增加一组具有保持功能的正反转关断命令程序。逻辑框图见图 4 以正向为例， 反向类同）。
（七）解决取料机耙子无法返回问题根据原程序的逻辑关系， 考虑无烟煤特性， 在原程序中增加两头限位延时 6s 的断开程序， 即延时后，取料机自动进行正反转的转向启动。
四、结束语
2005年7月新 PLC 控制系统投入使用后， 系统可靠性大大提高， 达到预期的效果。改造中本着节省投资的原则， 投资费用仅为6万多元， 充分考虑了各方面的因素， 如烟煤和无烟煤特性不同， 取料机控制程序也相应改进； 同时也利用设备本身的结构特点，如： 采用转轴齿轮的轮齿进行正/反旋转程序的编写。
参考文献：
[1] 张玉春，杨成峰.现场总线集成技术[J].吉林电力. 2008（01）
[2] 张东明，文友先.PLC的发展历程及其在生产中的应用[J]. 现代农业装备. 2007（09）
[3] 王清和，迟继锋. 圆形料场系统在煤炭储运行业的应用与推广[J]. 西北煤炭. 2007（03）
一、 现状调查
以 2004 年全年故障情况为例进行汇总分析：
（一）程序无故丢失， 重新输入程序困难： 1～3月份程序丢失3次， 平均每次处理时间9.2h。
（二）PLC驱动模块（620-0033）和系统模块（620-0030）故障2次， 其他模块故障3次，平均每次处理时间3h。
（三）在堆煤时煤堆顶部波浪起伏， 需要人工进行调整， 耗时、耗工、生产成本升高、堆煤效率低。
二、故障原因分析
（一）程序丢失和模块故障： PLDM 620- 20型PLC是20 世纪80年代中期产品， 多年使用后， 模块老化造成自身出现故障或使程序丢失。
（二）PLC 程序： 对设备随机的 PLC 程序进行分析，发现自诊断、监控、复位和控制程序有缺陷， 造成控制系统在出现死循环、内部程序不工作等故障时， 无法诊断出 PLC 故障。
（三）堆顶波浪起伏问题： 从机械设备中查找， 没有发现什么问题； 通过对控制程序中的悬臂旋转控制部分进行研究， 发现原堆料机的正反转控制程序设计上不合理， 如堆料行走速度过快， 以及故障停车重新启动后， 皮带上没有物料情况下， 悬臂照常行走， 从而造成在堆煤时煤堆顶部波浪起伏。
（四）堆料机悬臂超限问题： 程序中有一组正/反转极限程序， 现场有一组超限限位开关。超限限位只有断开线路中的硬联锁， 而没有输入至 PLC 程序中， 当悬臂旋转用力过猛或正/反向限位失灵时， 堆料机就会闯进取料工作区而造成取料机耙子与堆料机悬臂相互机械碰撞。
（五） 取料机耙子无法返回的问题： 由于煤堆/取料机的原程序是按照烟煤煤堆设计， 烟煤煤堆比较松弛、煤块少， 原程序中考虑卷扬机在正反转时有刹车装置； 在两头限位处， 都有 5s 的停留时间， 返回时， 在确认碰到限位开关后， 才允许返回。而无烟煤煤堆结实， 且大煤块多， 耙架在碰到限位开关后， PLC 输出停止， 卷扬机刹车停止， 钉耙插入结实的煤堆里， 受到钢丝弹性张力作用， 限位碰撞块碰到限位开关后， 迅速回缩离开限位位置， 造成耙子停止 5s 后无法返回， 引起取料机故障。
三、改造方案及实施
（一）为了满足现场操作要求， 在现场增加触摸屏。
（二） 针对模块老化问题， 如果直接更新原模块， 平均每块模块约 1 万美元左右， 并且相配套的应用软件， 国外早已升级更新， 需要重新购买， 费用相当高；我们采用国产 OMRON CQM1- CPU42 型 PLC， 投资费用低， 并且便于今后购买备件。由于 OMRON 机型无断延时功能， 我们应用保持继电器的保持/复位功能和通电延时继电器延时功能。
（三）个测速装置采用国产化后， 在程序中由原常通开关量改为具有脉冲的开关量， 即在 ms 时间内， 测得 n 个脉冲， 来达到测速的目的。具体设置： 刮板机测速装置在 10s 内测 15 个脉冲； 耙子测速装置在 10s内测 8 个脉冲； 堆煤输送机测速装置在 10s 内测 20个脉冲。
（四）自诊断、监控和复位功能的实现利用
OMRON CQM1 PLC 装置自带的常通标志、低电位标志和 0.1s 时钟脉冲位 3 种功能来实现自诊断、监控和复位（梯形程序略）。
（五）通过程序解决
堆顶波浪起伏通过分析比较， 我们采用了由主轮轮齿来实现悬臂正转/反转的控制方案。堆料机悬臂旋转角度由旋转主轴的测量齿轮产生脉冲数来实现。主轴齿轮有75 个轮齿， 通过现场精确测量， 堆料机 360°旋转时，共 720 个轮齿， 一个轮齿为一个脉冲， 则一个脉冲为0.5°， 正转 241 个脉冲， 反转 240 个脉冲。悬臂可以在360°旋转中步进堆煤， 在 120°取料区两侧有 2 个限位开关， 另外 240°堆煤区全部由脉冲计数来实现对悬臂旋转正反转控制（堆/取料机工作平面示意见图 （3）。在悬臂头部设置一个料位探头， 探测堆顶高度。在程序中设有 4 个通道寄存器 RH3～RH6， 用于存放正反转比较值和设定值；在正反转程序中增加一个“达到堆顶”判断程序并设置一个延时， 这样当悬臂达到堆顶时继续前行 0.5°， 使堆顶料层叠， 更好地消除波浪起伏。
（六）解决堆料机悬臂旋转超限
为了防止堆料机悬臂超限， 我们除了保留超限限位的控制线路的硬联锁外， 再增加一组输入至 PLC中的软件测点， 并且在程序中多增加一组具有保持功能的正反转关断命令程序。逻辑框图见图 4 以正向为例， 反向类同）。
（七）解决取料机耙子无法返回问题根据原程序的逻辑关系， 考虑无烟煤特性， 在原程序中增加两头限位延时 6s 的断开程序， 即延时后，取料机自动进行正反转的转向启动。
四、结束语
2005年7月新 PLC 控制系统投入使用后， 系统可靠性大大提高， 达到预期的效果。改造中本着节省投资的原则， 投资费用仅为6万多元， 充分考虑了各方面的因素， 如烟煤和无烟煤特性不同， 取料机控制程序也相应改进； 同时也利用设备本身的结构特点，如： 采用转轴齿轮的轮齿进行正/反旋转程序的编写。
参考文献：
[1] 张玉春，杨成峰.现场总线集成技术[J].吉林电力. 2008（01）
[2] 张东明，文友先.PLC的发展历程及其在生产中的应用[J]. 现代农业装备. 2007（09）
[3] 王清和，迟继锋. 圆形料场系统在煤炭储运行业的应用与推广[J]. 西北煤炭. 2007（03）