浅谈装船机电控系统的研究

【摘要】我国目前大多数港口散货装船设备是装船机。装船机不仅在港口，在冶金、电力、能源等行业尤其是一些大宗散料集散中心的稳定、高速发展中都发挥着重要作用。今年来随着全球贸易一体化的迅速发展，在全球范围内对运输散料的需求空前增大，对装船机设备的设计和制造提出了越来越高的要求，而装船机性能的提高离不开电控系统的优化。

【关键词】装船机；电控系统；供电回路

Abstract:China's current most of the port cargo loading equipment is on board the machine. The ship loader, not only in port, metallurgy, electric power, energy and other industries, especially the stability of the number of large bulk material distribution center, high-speed development plays an important role. With the rapid development of global trade integration this year, worldwide demand for the transport of bulk material than ever before, and ever-increasing demands on the design and manufacture of ship loader equipment, and loading machine performance improve the optimization can not be separated from the electronic control system.

Keywords: on board the machine; electronic control system; power supply circuit

中图分类号： U653.928.+1 文献标识码： A 文章编号：

引言：装船机的一般特点是工况复杂、驱动装置多、装机功率大。装船机具有伸缩臂架、俯仰臂架升降溜筒、大车行走、进行除尘作业和臂架皮带机输送等功能，可达到6000t/h的生产率。从结构上看，装船机是由控制部分和传动部分组成的。控制部分包括Profibus-DP，工业总线和PLC；传动部分包括保护单元、测量单元、交流变频电机和变频逆变器。变频电机是各个机构的动力装置，因此能够实现无极调速，范围是从零到最大转速，能够使装船机机构实现平稳操作，既能在制动过程中大大减少冲击载荷，又能方便装卸作业进行精确定位，促使工作效率得到极大提高。本文对装船机电控系统进行简单介绍。

装船机主供电回路配置

交流-直流-交流变频回路是目前大部分装船机采用的传动系统。由于机构功率较大且数目较多，因此采用电气房主电源柜集中电源输送作为主要供电电源，然后按照平衡负荷、单位工作时间、运行效率和功率大小组合各个机构分柜，对于各个传动柜的电源接入来说，普遍采用并联的方式供电。本文采用了分三屏柜的配置设计主供电回路。

各机构变频驱动装置设计

装船机包括以下几大主要机构，分别是臂架俯仰机构、臂架皮带机机构、大车行走机构、臂架伸缩机构、除尘主风机、溜筒升降机构、空压机和整机除尘机构等。

装船机输送工艺的核心机构是臂架皮带机机构，为了确保电动机能在转矩控制模式下运行，采用变频传动实现控制。所输送物料的非均匀性和不连续性同样会对皮带机机构产生影响，控制系统通过速度传感器对皮带的受力情况进行检测，根据反馈结果对变频器进行调节，进而输出转矩，在实现节能的同时又能够满足装船机的产能要求，同时也能对皮带的磨损情况进行反馈。

采用变频传动控制除尘风机，确保电动机在速度矢量控制模式下运行。

采用变频调速控制臂架伸缩机构、臂架俯仰机构、溜筒升降机构和大车行走机构，最大程度地减少机械运行冲击，实现整机的平稳运行，使电网受到运行启动的波动影响降到最低，同时提高操作人员的舒适感。

装船机对大颗粒物料的输送在以前普遍采用皮带机进行，由于此类物料具有较大的密度，当物料通过后方输送设备传输到皮带机接料点时，其重力能远远大于物料动能，因此在皮带机输送物料到船上的运行过程中不会产生过多的扬尘。但目前情况和以前相比已经大为不同，具体表现在密度较小、颗粒细小的粮食、熟料和水泥等大宗物料成为很多码头的主要输送物料，这就很容易在运输线上产生浓度超标的扬尘，因此，对装船机进行改进是非常有必要的。笔者经过大量试验和实践，提出在装船机上移植原来水泥厂使用的除尘器，以期能最大限度地减少扬尘。

装船机除尘的主体机构是整机除尘机构，布置有扬尘负压回收管路，以提高扬尘的处理效果，在实际使用中需要科学选取收尘点布置位置、风管布置形式和除尘器布置位置。通过产生负压，除尘器在其多组吸附材料上吸附输送风管吸收的扬尘，以防扬尘外溢超标。当吸附材料上收集到的扬尘超过一定量之后，通过瞬间压入高压气体吹打在吸附材料外壁上集中的扬尘，再通过位于除尘器底部的输送管路和螺旋设备将吹打掉的扬尘卸到皮带机输送线上。我们对所需要输送的物料在单位时间内的扬尘颗粒特性和扬尘量，以及除尘主风机产生的风压变化情况等试验数据和技术参数进行了收集，以期更合理地对除尘器类型进行选择，促进整个系统综合效果的提高，达到良好的收尘效果。

潮气比较大是港口码头作业现场的普遍特点，由于受到潮气的影响，如果吸附材料上附着的粉尘时间过长会发生凝结，进而降低吸附材料的吸附活性，最终导致整个系统收尘效果大大降低，因此必须确保在最佳时间段内使吸附材料上的粉尘能回落到输送线上，然后通过装船机皮带线及螺旋输送设备将其输送到船舱。笔者通过研究发现，为了最大程度降低高压气体消耗量，提高除尘效果，必须在电气控制上采取相应措施。具体做法如下：首先进行理论计算得出对吸附材料上的最大吸尘量通过一次吹打动作去除掉所需要的气量，接着以电磁阀门的尺寸为依据对其开启时间进行计算，然后根据高压气体单位时间内供气压力变化、相邻阀门除尘动作效果等影响因素得到阀门间隔开启时间，再通过在螺旋输送设备上吹打落下的扬尘的堆积情况，使落料阀门开启时间与螺旋动作开启时间相配合。笔者经过在现场进行多次试验，最终得出在保证系统效率的同时达到最佳收尘效果的动作时间。

风管压力会受到粉尘浓度变化、物料的非均匀性和不连续性的影响，因此必须将压力传感器设置在除尘风管的关键位置，若测量到输出的电流信号大小为4至20mA，则表明压力传感器测试的数据发生了变化，进而以压力传感器测量到的电流信号驱动风机的变频器对电动机的运行进行调节，进而对主风机的转速进行调节。这样就能在节约能源的同时实现对除尘效果的实时优化。

PLC控制系统研究

整机的逻辑控制是通过PLC实现的。整机PLC链接系统是由远程从站和若干个设备组成的。通过Profibus DP总线将各个机构的变频器链接至主控模块Profibus DP1；通过Profibus DP总线将各个操作台和配电柜内的远程I/O从站链接至Profibus DP2主控模块。采用Profibus DP作为溜筒升降机构、臂架俯仰机构、臂架伸缩机构和大车行走机构的总线形式，将它们和司机室的力矩限制器、风速仪一起与PLC柜内的Profibus DP主控模块相链接，通过Profibus总线将即时风速信号、重量或幅度限制信号、相关位置信号传送到PLC。通过以太网卡将SMS（装船机管理系统）与PLC相关模块相连接，实现对装船机运行状态的实时监控，打印报表和进行故障诊断。

联锁保护功能

大车行走机构电机、臂架伸缩机构、溜筒升降机构具有恒功率特性，目的是为了使装船机的作业效率得到提高。通过程序连锁在臂架皮带机处于工作状态下时对变频器的速度进行控制，将输出速度控制在基速内；当臂架皮带机不运行时，也就是不出在工作状态时，动作的完成要求快速的操作才能实现，因此可在保证符合安全许可的前提下全速运行。此外，设有光电检测、行程极限保护、皮带机跑偏、皮带撕裂、堵料检测和皮带速度检测等保护功能，目的是确保整机能够正常运行，采取三级保护措施保护关键机构，采取二级保护措施保护重点机构。在整机门架两侧分别设置一套防风锚定装置。行走机构与该装置联锁，行走机构在锚定状态下不能动作。锚定坑的布置要秉承就近锚定的原则，确保锚定坑之间的间隔大约在80m。

五、结论

综上所述，本文提出的装船机电控系统采用了先进的技术，在安全性和逻辑性方面都强于现存普遍使用的装船机，同时这些技术也适用于对其它港口装卸设备进行自动化控制。

参考文献

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