浅谈侧式悬臂堆料机桥式斗轮取料机控制系统的设计.pdf

浅谈侧式悬臂堆料机桥式斗轮取料机控制系统的设计

文章介绍了侧式悬臂堆料机桥式斗轮取料机的基本控制理论，以及西门子有
源底板、西门子工业以太网、西门子PROFIBUS-DP、光纤通讯等的应用。

标签：控制理论；PLC；工业以太网

1堆取料机控制系统现状

1.1堆取料机的特点

侧式悬臂堆料机桥式斗轮取料机具有占地面积小，物料贮量大等优点是现今
应用最广泛的均化设备，在港口、码头、大型电厂、水泥厂、矿山都可以见到它
的影子。随着科学技术的不断发展，PLC功能日渐强大，网络通讯功能的应用，
使功能控制更加集中，监测能力更加完备，侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机控
制技术也日臻完善。

1.2堆取料机的工艺流程

侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机配套使用，侧式悬臂堆料机由堆料臂、配
重块、驱动装置、液压系统、主控制室、动力电缆卷盘、控制电缆卷盘和来料小
车等部分组成；桥式斗轮取料机由收料皮带、耙车、斗轮、行走小车、动力电缆
卷盘及控制电缆卷盘等部分组成。侧式悬臂堆料机采用往复鳞状堆料的方法，桥
式斗轮取料机采用横断面取料方法。

1.3堆取料机的控制方式

侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机分三种控制方式，自动方式、手动方式、
维修方式，其中自动方式又分为机上自动和中控室自动，中控室自动控制实现了
设备的远程遥控操作。

1.4堆取料机动作联锁流程

侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机在同一个料场工作，正常工作时它们是相
对独立的个体。

侧式悬臂堆料机自动工作时的起机顺序是首先将悬臂降低至下极限，由中控
室或机上发出自动工作命令，堆料机发出起机响铃预警15秒，之后皮带启动，5
秒后，行走驱动运行并伴有移动警告，堆料机在堆料区域往返行走，卸料皮带机
同时卸下物料，堆料机在远离料场中心一侧的停留点是固定的，称为固定点。在
靠近料场中心一侧的停留点是可变的，即每次回缩一段距离，称为可变点。为保
证堆形，堆料机在固定点、可变点的停留时间是可调的。每次堆料时，堆料机总
是向固定点方向行走，在固定点与可变点之间往返行走进行堆料，直到堆料臂上

的料位检测开关触料后液压俯仰系统工作，这时俯仰系统自动上升一段距离，待
堆料机达到堆满开关时会向中控室发出堆满停车申请，中控室或机上发出正常停
机命令停止堆料皮带和堆料机的运行。侧式悬臂堆料机会按起动时的相反顺序依
次停车。

桥式斗轮取料机自动工作的起机顺序是，启动命令发出响铃15秒，响铃完
毕启动输送皮带，5秒后斗轮启动（由于料场位置不同，斗轮旋转的方向不同），
7秒后斗轮小车后行（靠近控制室一侧），待物料取完一个横断面，斗轮小车后
行碰到后行程，这时斗轮小车停止，取料机大车会向前运行（靠近物料）0.5米，
之后斗轮小车前行，待碰到前行程，斗轮又完成一个横断面取料，小车停止，大
车向前运行0.5米。取料机如此反复工作，直到碰到料取完限位。取料机的停机
顺序是起机的逆续，先停大车行走和小车行走，之后是斗轮，最后停输料皮带。

侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机正常停机后，堆料机大臂抬到上极限，取
料机的斗轮开到后行程，以便两台设备交叉换堆。

2堆取料机设计的原则、硬件及辅助系统设计

2.1PLC硬件的组态选择

本文介绍的侧式悬臂堆料机和桥式斗轮取料机其控制系统有如下特点：

选用西门子S7300系列PLC；由ET200和有源底板构成的可热插拔的输入
输出模块系统；堆料机、取料机与中控室采用DP通讯，中控室为DP通讯的主
站，堆料机和取料机为DP通讯的从站；堆料机与取料机之间的通讯采用工业以
太网，堆料机为主站，取料机为从站，两种通讯都通过光纤介质传输，在硬件选
型时需要选用将DP信号转变为光纤信号的OLM以及将工业以太网的电信号转
换为光信号的光电转换器，并将运行时的数据显示在西门子触摸屏上。

2.2堆取料机驱动系统的设计

2.2.1侧式悬臂堆料机主回路

悬臂卸料皮带电机；卸料皮带抱闸；液压变幅电机；堆料行走电机；堆料行
走抱闸；

2.2.2桥式斗轮取料机主回路

皮带电机回路；斗轮电机回路；斗轮小车行走电机；斗轮小车行走抱闸；大
车行走电机；大车行走抱闸；

2.2.3堆取料机主回路的硬件配置

侧式悬臂堆料机行走机构采用西门子440变频器，采用DP通讯的方式控制

电机的起动和停止。根据桥式斗轮取料机取料的特点，其取料面为三角形而斗轮
小车的行走轨迹为直线型，因此为了使出料均匀且提高取料效率，将小车行走轨
迹分为3段A、B、C。在A段与C段行走速度加快，减少取料时间，而B段减
慢小车行走速度，增加取料时间。因此斗轮小车的行走机构也采用西门子440
变频进行控制，同时也起到了防止频繁启停电流过高的问题，并使斗轮小车运行
更加平稳。

3侧式悬臂堆料机及桥式斗轮取料机的软件及控制系统开