【正文】 業(yè)班 級工自1班題目題目名稱煤港斗輪取料機電氣控制系統(tǒng)設計題目性質：工程設計 （ √ ）；工程技術實驗研究型（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）（ ）；（ ）；（ ）題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產實際（ ）自選題目（ √ ） 主要內容設計內容：論證設計方案，設計系統(tǒng)硬件電路，編制監(jiān)控程序，撰寫論文。周 次第 1 ～ 4 周第5 ～ 8 周第9 ～ 12 周第 13 ～ 16 周第 17 周應完成的內容調研及論證方案硬件電路設計軟件編程編程、撰寫說明書答辯準備指導教師：王振臣職稱： 教授 2011年 12 月22日系級教學單位審批： 2012 年 3月 2 日 摘要 摘要懸臂式斗輪取料機是一種重要的機械，其作為連續(xù)、高效地挖掘散狀物料的大型工業(yè)裝備，主要用于港口、火力發(fā)電廠、冶金和焦化等行業(yè)，裝運各種礦石、煤、砂石、焦碳、化工原料等。在硬件方面，以PLC、變頻器、觸摸屏為核心，以現場總線、傳感器等為輔助，對斗輪機實現實時控制和管理；在軟件方面，針對斗輪取料機的取料工藝等作業(yè)特點設計了自動控制和手動控制兩種工作方式。 inverter。但從制造的設備水平角度來講，國外堆取料機的設備可靠性相對較好。斗輪堆取料機的作業(yè)能力、作業(yè)效率以及工作可靠性和環(huán)境適應性隨著機電技術的快速發(fā)展也不斷提高。隨著我國國民經濟的持續(xù)增長，和全球經濟一體化格局的形成，斗輪取料機產品在國內外的設計與制造技術已經逐步走向成熟，在新技術新工藝等方面差距正在逐漸地縮小，同時也將對港口設備提出新的要求。斗輪取料機是現代化大型企業(yè)貯運料場所必備的設備之一，是一種高效率連續(xù)作業(yè)的散料裝卸輸送設備，廣泛應用在電廠、港口、礦山、鋼鐵、水泥等重要工業(yè)領域中發(fā)揮了重要作用。如果采用“裝載機一自卸汽車”系統(tǒng)作業(yè)，裝載機在鏟入—舉升—旋轉—行走—卸載—空轉—空行程等一個作業(yè)循環(huán)中，既要完成取料任務，又要完成輸送任務，輔助作業(yè)時間幾乎占用2/3還多。連續(xù)裝卸機械形成了搬運機械的一大類別，斗輪堆取料機是散貨料場專用堆取設備。隨著國民經濟現代化事業(yè)的迅速發(fā)展，對斗輪取料機的需求逐漸加大，這種大型設備越來越顯示出了它的優(yōu)越性。市場需求的增加，發(fā)展了國內制造企業(yè)對斗輪取料機研發(fā)和常新的信心，特別是一些大型取料機的改造和研發(fā)，提高了國內企業(yè)自行設計制造大型設備的能力。主要包括斗輪取料機的工作原理，采用總線網絡技術，配置合理的控制方案，開發(fā)設計斗輪堆取料機更加完善、優(yōu)化的控制系統(tǒng)來提高該設備的穩(wěn)定性和可靠性，從而節(jié)約了人工成本和維護成本，增強設備實用性。整機主要由回轉系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、俯仰機構、斗輪機構、懸臂皮帶機構和電氣控制系統(tǒng)組成。 實際的運行過程中，斗輪堆取料機是散料輸送系統(tǒng)的始端或末端。其過程是取上部第一層—幾個走行進尺與回轉幾個單程—第二層—幾個走行進尺與回轉幾個單程—第三層—幾個走行進尺與回轉幾個單程—第N層—幾個走行進尺與回轉幾個單程—返回第一層—幾個走行進尺與回轉單程。俯仰機構采用液壓油缸形式。收攬時，力矩電機運行于電動狀態(tài)；收攬時，電機處于制動狀態(tài)，依靠大車行走將電纜從卷筒拉出。該系統(tǒng)的回轉由兩臺電機驅動，并分別帶有回轉制動器。斗輪機構由液壓馬達驅動。懸臂回轉驅動系統(tǒng)通過變頻系統(tǒng)實現調速。本章的寫作目的是對懸臂式斗輪取料機進行總體上的把握。斗輪機構的液壓馬達驅動系統(tǒng)為132kW交流電機，是取料工作的重要機構。表3—1取料機主要電氣設備序號項目容量（KVA）數量（臺）1行走電機11122回轉電機2223取料皮帶電機13214俯仰液壓油泵電機3015馬達主電機13216卷纜電機27行走制動器—128回轉制動器—2表3—2 取料機基本技術參數項目參數最大/額定取料能力3200/3000t/h回轉半徑45m回轉角度110176。取料機的回轉系統(tǒng)包括齒輪齒盤機械傳動部分、兩臺22KW的交流電機，并用一臺45KW的變頻器采用一拖二的方式驅動兩臺交流電機。變頻器一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制、制動等部分組成。行走機構設計應確保驅動機構的同步，使電機載荷均勻，行走平穩(wěn)，無沖擊，不啃軌。當斷電時，夾軌能可靠制動[10]。行走速度6m/min~30m/。此種俯仰形式設備維護量大，運行不平穩(wěn)。驅動油泵功率設計為1臺30Kw[11]。 本章小結 本章主要圍繞斗輪取料機的機械結構展開描述，主要介紹了取料機的各個結構組成，并完成了主要設備的選型和傳動機構的設計。11 第4章 斗輪取料機硬件電路的設計 第4章 斗輪取料機硬件電路的設計本次設計為斗輪取料機提供了6000V電源[12]，機上設有高壓控制柜和高壓變壓器，為各機構控制等輔助系統(tǒng)提供低壓電源，其配電電路圖如圖41所示。如圖44所示，該受電柜的主要功能是使變壓器輸出400V交流低壓動力電源并進行初次分配，分為五路，分別通過空氣斷路器進行分斷和保護。由于走行機構對動態(tài)性能要求不高，且斗輪堆取料機跨距小，調速方式采用V/F控制，無轉速反饋的開環(huán)控制?；剞D控制原理電路圖如圖47所示。俯仰機構采用液壓驅動，在回轉平臺設置俯仰液壓站。懸臂皮帶機構采用電機，液力耦合器，減速機的驅動型式，因此可以采用簡單的直接啟動的方式來控制皮帶機系統(tǒng)。通過調整壓力值很方便的調整斗輪速度，且可以返回液壓馬達系統(tǒng)運行反饋模擬量信號，判斷斗輪的切削受力情況，從而來調整半自動取料時的回轉速度，來保證取料過程中設備運行的穩(wěn)定和取料的恒定。額定轉速高于500r/min的屬于高速液壓馬達,額定轉速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。低速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式，此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結構型式，低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大轉速低，因此可直接與工作機構連接，不需要減速裝置，使傳動機構大為簡化，通常低速液壓馬達輸出轉矩較大，所以又稱為低速大轉矩液壓馬達。ControlLogix平臺主要特點如下：①所有模塊均可帶電插拔；②用戶通過軟件刷新即可實現包括處理器在內的各種模塊的升級；③由于其網絡采用統(tǒng)一的CIP協(xié)議，該協(xié)議實現了對實時控制數據和非實時監(jiān)視。斗輪堆取料機的PLC控制原理配置圖如圖48 圖48 PLC配置圖本項目設備設計采用先進可靠的現場總線技術，實現多層網絡應用，本機的PLC與I/O分站及變頻器之間采用ControlNet網通訊，與檢測編碼器采用DeviceNet網絡通訊與遠程輸煤程控系統(tǒng)采用光纖EthereNet/IP網通訊，即根據三層網絡構架[19],分別有三個軟件：RSNetWorx for DeviceNet（用于設備網組態(tài)）、RSNetWorx for ControlNet（用于控制網組態(tài)）、RSNetWorx for EtherNet/（用于以太網組態(tài)）。②調試和維護方面的考慮。由于通用普遍，便于網絡使用維護。②調試和維護方面的考慮。（3）本系統(tǒng)采用DeviceNet總線實現設備層傳感器等檢測設備通訊，是基于以下四點因素：①速度方面的考慮。③與PLC品牌的選擇一致，且支持此網絡應用。網絡通訊速率可設置為125kBit/s，250kBit/s，500kBit/s。減少了配線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間，以一根電纜互相連接和通訊，提高系統(tǒng)對監(jiān)測元件的診斷功能。 本章小結本章主要針對斗輪取料機的硬件電路結構進行具體設計，首先針對電氣柜的組成逐次展開描述，電氣柜包括進線柜、低壓配電柜、變頻器和PLC控制柜。它具有以下特點：（1）統(tǒng)一的項目查看；（2）靈活的梯形圖編輯器；（3）拖動時操作；（4）梯形圖查看選項；（5）定制數據監(jiān)視；（6）狀態(tài)文件分類顯示；（7）簡易的通訊配置；（8）強大的數據庫編輯器（9）查找與替換；（10）直觀的windows界面（11）項目校驗快捷更正錯誤等。同時旋轉范圍應取10176。半自動操作的程序是在手動操作的基礎發(fā)展起來的，在保證手動操作的功能同時，盡量減少操作人員的工作強度和操作重復度。設定完畢后，旋轉運動依照上述預設定的旋轉角進行控制，換層操作以手動方式進行。對于半自動取料，要求在取料的過程中要保證料量恒定，因此需要編制半自動恒量取料控制算法程序，其簡單流程見圖。軟件的程序列表如圖51。在每一層的操作上采用半自動自動運行，按照從中控室發(fā)來的信息，司機以手動方式進行行走、旋轉和提升等操作。在半自動操作中，司機可以改變設定值。對于半自動堆料來說相對比較簡單，定點堆料就可以通過料位計的信號來判斷料堆高度已到標定高度，既可以大車行走繼續(xù)堆料即可。該軟件是美國AB公司開發(fā)的PLC編程軟件，鑒于梯形圖的普遍應用、編程簡單和便于理解等特點，因此編程語言選擇梯形圖。在操作室內操作終端的開發(fā)設計主畫面設備參數監(jiān)控界面，以及各個機構分別設置分畫面信息模式，以保證實時監(jiān)控設各的運行狀態(tài)。本章對斗輪取料機的進行里人機界面開發(fā)設計，借助RSview Stdio軟件進行了詳細設計和具體說明，該軟件功能強大，為用戶提供了友好人機界面，在此不再贅述。通過全面的引進新的工業(yè)控制技術，大大提高了設備的技術含量。人們的工作環(huán)境逐漸向清潔環(huán)境轉移，工作強度會逐漸變小。96參考文獻參考文獻[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.[M].北京:清華大學出版社,2003.[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007，32～45.[M]北京:電子工業(yè)出版社,2004，46～67.5劉增良，[M].北京:中國水利水電出版社2002.[M].北京:清華人學出版社,1995[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998，40～78.8劉國海，[J].電工技術學報,2001，16(5):30—34.[M].廣州:華南理工大學出版社,2001.10 Bimal of Modern Power semiconductor Devices and Future Trends of Industrial Applications,1992,28(2):72～89[M].北京:北京電力出版社,2003.[M].北京?機械工業(yè)出版社,2005.13錢曉龍，[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.14 Rockwell .15 Rockwell (ControlNet)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997. 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