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董明 贛州城市開發(fā)投資集團有限責任公司 江西贛州 341000

機電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造方案分析

文/張君 金燁建設(shè)有限公司 廣東廣州 510000

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機電氣控制系統(tǒng)是保障工程機械設(shè)備的自動化系統(tǒng)平穩(wěn)運行的重要系統(tǒng)。本文總結(jié)了傳統(tǒng)所使用的機電氣控制系統(tǒng)所存在的不足，機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)水平差、系統(tǒng)故障率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性差，直接影響了工業(yè)生產(chǎn)效率，而采用貯備嵌入式微機設(shè)計技術(shù)、PLC技術(shù)、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網(wǎng)技術(shù)、PWM整流控制技術(shù)等方式等改造方案，均能夠提高電氣自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)控制能力，實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行。

電氣自動化；機電氣控制系統(tǒng)；技術(shù)改造

機電氣控制系統(tǒng)，是機械自動化系統(tǒng)中的保障體系，能夠確保機械平穩(wěn)運行。目前，機電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運用在煤礦提升機設(shè)備、啟閉機、大型裝卸設(shè)備中。這些設(shè)備的主要特點是：有固定的工作周期和循環(huán)；工作過程中，對可靠性和安全性的要求高，強調(diào)平穩(wěn)和連續(xù)工作。在現(xiàn)代化和智能化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢下，機械設(shè)備的運行也需要滿足數(shù)字化和自動化的要求。在這一過程中，機械設(shè)備需要在電氣系統(tǒng)中進行技術(shù)改造，安裝機電氣控制系統(tǒng)，保證設(shè)備的可靠運作和可控。本文首先介紹了當前機電氣控制系統(tǒng)存在的問題，并分析了當前使用廣泛的貯備嵌入式微機設(shè)計技術(shù)、PLC技術(shù)、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網(wǎng)技術(shù)、PWM整流控制技術(shù)這七種常用的機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)改造方案，以便于電氣控制人員進行合理的技術(shù)改造方案選擇。

一、機電氣控制系統(tǒng)存在的問題

目前，我國的大型機械設(shè)備安裝機電氣控制系統(tǒng)的比例較大，機械自動化程度和安全控制水平較高。雖然取得一定成果，但是仍然存在一些問題。

（一）機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)水平差

現(xiàn)階段，我國的大型機械設(shè)備大部分都設(shè)置了機電氣控制系統(tǒng)來保證設(shè)備的安全平穩(wěn)運行，但是現(xiàn)有的系統(tǒng)，往往技術(shù)含量較低、在操作過程中的局限性很大。目前，大部分都是采用80年代使用以繼電接觸控制系統(tǒng)為主自動控制和機械式指示器實施監(jiān)控和保護，因此該系統(tǒng)的調(diào)控性能較差，監(jiān)控能力的精確程度低。

（二）機電氣控制系統(tǒng)故障率高

機械設(shè)備一旦出現(xiàn)異常運行，很容易引發(fā)電氣故障。設(shè)備的任何部件所引發(fā)的電氣故障，都會影響到機電氣控制系統(tǒng)的運行，有可能制動介入故障和報警故障?！爸苿咏槿牍收稀钡闹饕丝刂葡到y(tǒng)發(fā)生鋼絲繩過卷事故、探測器斷軸事故、制動油路故障等等；而“報警故障”主要是在產(chǎn)生異常情況時，機電氣控制系統(tǒng)錯判或未判該故障，錯誤發(fā)出或沒有發(fā)出聲光報警，從而延遲和耽誤事故的處理。

（三）機電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性差

在機械設(shè)備運行過程中，環(huán)境條件的變化、參數(shù)設(shè)置的變化、溫度和壓力等的變化、電源穩(wěn)定性，都會導(dǎo)致機電氣控制系統(tǒng)無法適應(yīng)環(huán)境的要求，需要進行不斷調(diào)試；開機、關(guān)機、復(fù)位、變速等操作[1]，都需要通過命令控制器來完成。這些操作難度大，系統(tǒng)穩(wěn)定性差；同時，調(diào)控工作需要耗費大量的人力和技術(shù)，操作成本也較高，對維修技工人員的技術(shù)素質(zhì)也要求比較高。

二、機電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

改造傳統(tǒng)的機械設(shè)備的電氣自動化系統(tǒng)，增設(shè)或更新其機電氣控制系統(tǒng)，有很多技術(shù)改造方案可以選擇。不同的方案，有不同的優(yōu)勢條件，適用于不同的機械設(shè)備條件和技術(shù)要求。

（一）貯備嵌入式微機設(shè)計技術(shù)

貯備嵌入式微機系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心、以微處理器為基礎(chǔ)，它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分。嵌入式微機硬件由一種集成電路芯片，是采用大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成，構(gòu)成的一個小而完善的微型系統(tǒng)；當微機收集到外圍硬件設(shè)備信息后通過系統(tǒng)軟件進行處理，指令輸出控制并監(jiān)測輸出后完成的結(jié)果。這種貯備嵌入式微機多以模塊化單元到原本的電氣系統(tǒng)中，一般而言，嵌入式微機單元工控型尋址范圍大，運算能力強；具備了檢測功能。當某一個外圍電器元件運作異?；蛘呤У臅r候，可以利用這個貯備微機單元進行檢測出來信息，根據(jù)信息指示直接替代該失效單元，維修速度快；從而保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行，提高系統(tǒng)的可靠性[2]。

（二）PLC技術(shù)

PLC以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，通過程序命令來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的邏輯操作[3]，例如：后備組件的保護，尤其是避免設(shè)備過載和過流；實現(xiàn)設(shè)備的自動減速、自動執(zhí)行操作，對正在運行設(shè)備，實施狀態(tài)顯示與分析，達到全過程控制；在系統(tǒng)異常運行時，自動進行語音播報各種故障，降低了人工誤報和不報的可能性；PLC系統(tǒng)的無觸點操作能夠?qū)崿F(xiàn)安全操作、保護操作工人的人身安全等等。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，降低對現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能要求。特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。

（三）深度指示器改造

傳統(tǒng)使用的是深度指示器，體積大、笨重，在運作過程中的誤差大、靈敏度低。目前的改造技術(shù)是將原本的機械式深度指示器，改造成數(shù)字式指示器或電子式指示器，來完成監(jiān)控工作。其中，電子式的指示器不僅能夠顯示設(shè)備運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)，還能夠?qū)?shù)據(jù)繪制成實時狀態(tài)運行圖，使得監(jiān)控工作被高度可視化，提高監(jiān)控效果。

（四）交變頻制動方式改造

交變頻制動，主要是利用電力半導(dǎo)體元件的通斷功能，將被調(diào)頻的電能傳送到電動機上，實現(xiàn)速度的調(diào)控。目前主要使用的變頻器是“交流-直流-交流”結(jié)構(gòu)，它適用于結(jié)構(gòu)簡單的電路，有效降低了電路中各種電子元件的使用消耗，拉長了設(shè)備元件更換的時長，增加了機械設(shè)備穩(wěn)定運行的時間間隔。

（五）其他技術(shù)

除了貯備嵌入式微機設(shè)計技術(shù)、PLC技術(shù)、深度指示器改造、交變頻制動方式改造之外，還可以在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，通過添加新組件（安裝插件或?qū)嵤┬碌目刂萍夹g(shù)）的方式，對原系統(tǒng)進行改造，這樣可以有效降低技術(shù)改造的成本、操作難度較小。例如：（1）在系統(tǒng)中安裝標準化電氣模塊，局部更新某些核心元件，在改造過程中，要注意元件之間的兼容度和通訊能力；（2）采用局域網(wǎng)技術(shù)，通過搭建整個系統(tǒng)之內(nèi)的局域網(wǎng)進行通訊，借助信息共享，上級機位可以對下級機位進行監(jiān)控；（3）采用PWM整流控制技術(shù)[4]，對變頻器的前端輸入進行控制，降低整個系統(tǒng)中的諧波干擾，提高抗干擾能力，保證安全運行，同時有利于在故障時，快速準確找到故障點，快速進行調(diào)試和維修。

結(jié)語:

機械設(shè)備的穩(wěn)定運行，直接決定著該設(shè)備所服務(wù)的生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全。在電氣設(shè)備的自動化系統(tǒng)中，進行機電氣自動控制系統(tǒng)改進，能夠提高自動化程度、降低事故發(fā)生率，使得系統(tǒng)安全可靠、便于控制、維修和調(diào)制，提高機械設(shè)備的工作效率。筆者認為，貯備嵌入式微機設(shè)計技術(shù)、PLC技術(shù)、深度指示器改造、交變頻制動方式改造、安裝標準化電氣模塊、局域網(wǎng)技術(shù)、PWM整流控制技術(shù)等方式都是機電氣自動控制系統(tǒng)進行控制改造的重要技術(shù)，能夠適用于不同控制要求、不同預(yù)算約束、不同可靠性要求的電氣自動化系統(tǒng)。

[1]陳德航.煤礦提升機電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造[J].煤炭技術(shù),2013,07:56-58.

[2]李金利.單片機原理與應(yīng)用技術(shù). 北京高等教育出版社，2004.11.

[3]盧俊. 閘門啟閉機電氣控制系統(tǒng)實施PLC改造方案分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2015,13:27-28.

[4]韓家寧.秦皇島港斗輪式取料機電氣系統(tǒng)改造[D].燕山大學,2012.

[5]許登科.基于PLC礦井提升機電氣控制系統(tǒng)改造分析[J].低碳世界,2016,17:71-72.