胡亮

摘 要：文章對(duì)煤炭港口狀態(tài)系統(tǒng)中PLC自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討無人值守情況下使用PLC自動(dòng)控制大型機(jī)械的基本策略，并從中選擇出了最佳的控制方案，最后對(duì)煤炭自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)大型機(jī)械的控制流程進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：PLC自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)化裝卸系統(tǒng) 機(jī)械控制

1.裝卸系統(tǒng)控制核心

煤炭港口在堆料機(jī)取料過程中應(yīng)用PLC自動(dòng)化技術(shù)可以提升大型機(jī)械的自動(dòng)化程度，提高作業(yè)效率，而且操作方便，可以用于遠(yuǎn)距離的控制和監(jiān)視。

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可操作性強(qiáng)，安全性高，故障發(fā)生概率小，便于提升設(shè)備的運(yùn)行安全性、可靠性及穩(wěn)定性；（2）該系統(tǒng)具有很高的抗干擾性，有效保障了設(shè)備運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，且設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)等均很便捷，很大程度上降低了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)；（3）有效提升了自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)的自動(dòng)控制能力，以及系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性；（4）PLC控制系統(tǒng)的引入，大大提升了自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)性能，可有效保障多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行協(xié)同工作，同時(shí)保證了單個(gè)設(shè)備可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下安然有序的開展作業(yè)，具有很強(qiáng)的可操作性，滿足當(dāng)下對(duì)自動(dòng)化控制的需求。

2.大型機(jī)械設(shè)施的把控方案

2.1取料方案的設(shè)計(jì)

自動(dòng)裝卸系統(tǒng)將參數(shù)借助上位機(jī)傳遞到PLC，由上位機(jī)控制取料量，后PLC根據(jù)參數(shù)要求下發(fā)取料指令，取料量可通過對(duì)取料體積或噸位數(shù)量進(jìn)行把控。因吸料操作是通過風(fēng)機(jī)完成的，故可通過把控取料時(shí)間來控制取料量，實(shí)際操作中可借助定時(shí)器來合理把控取料時(shí)間，再結(jié)合風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間來把控取料量，待取料量滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)，需馬上終止風(fēng)機(jī)操作，結(jié)束取料過程。取料方式有兩種，可通過大機(jī)或擺臂的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，相對(duì)應(yīng)的形式是直線取料和弧線取料。取料機(jī)懸臂的（X，Z）面和（X，Y）面參數(shù)圖相見圖1和圖2：

其中，H-大機(jī)懸臂高度；Lg-懸臂固定部分的長度；L-懸臂可俯仰部分的長度；Ls-吸料管的長度；z-料斗和取料斗之間的高度差；Sz-料斗距離地面的距離；W-XY平面上大機(jī)懸臂的投影距離。通常，俯仰角θ改變時(shí)，因W=Lg+Lsinθ，故而W也會(huì)改變，本文研究時(shí)θ角基本不變，實(shí)際上可忽略不計(jì)，即判定θ稍微改變時(shí)，懸臂投影長度報(bào)錯(cuò)不變，當(dāng)需要開挖下一層時(shí)，只需改變?chǔ)冉蔷涂梢粤恕?/p>

取料機(jī)姿態(tài)的相關(guān)參數(shù)：θ-俯仰角、α-旋回角（以逆時(shí)針方向?yàn)檎?，大機(jī)沿著Y軸方向的移動(dòng)位置My。由3個(gè)電動(dòng)機(jī)分別對(duì)參數(shù)My、俯仰角θ、旋回角α進(jìn)行控制，因在3個(gè)轉(zhuǎn)軸均裝設(shè)了編碼器，故而編碼器會(huì)隨著My、θ、α的變化而反饋一定量脈沖，此時(shí)，PLC系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器會(huì)計(jì)數(shù)此脈沖，并在中間存儲(chǔ)器儲(chǔ)存相應(yīng)的計(jì)數(shù)結(jié)果，上位機(jī)通過讀取中間存儲(chǔ)器的計(jì)數(shù)值，進(jìn)而獲取大機(jī)的運(yùn)行狀況，借助改變參數(shù)來實(shí)現(xiàn)大機(jī)運(yùn)行情況的把控。

2.2直線取料

直線方式取料時(shí)，首先需確定懸臂上下擺角a和左右擺角θ，整個(gè)過程中大機(jī)以水平方向進(jìn)行移動(dòng)，待移到料堆邊緣時(shí)，修整θ和a方位，后開始下一來回的移動(dòng)。把θ和a定格在初始位置后，開始取料操作，大機(jī)水平移動(dòng)時(shí)，初始位置是My（i），沿著i道方位由箭頭方向開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至料堆邊緣時(shí)換道，此時(shí)修改a大小，即大機(jī)臂保持水平移動(dòng)至My（i+1）狀態(tài)，此時(shí)大機(jī)由i道改變?yōu)閕+1道，并開展下一次的取料操作，取料時(shí)保持料斗位于取料點(diǎn)的正上方，即兩者的X，Y坐標(biāo)一樣。

由于取料時(shí)借助風(fēng)機(jī)進(jìn)行吸料，故而料斗和料堆并沒有直接接觸，待完成一層的取料后，需下移料斗，后開始下一層取料，F(xiàn)c表示每層高度，當(dāng)完成第i層取料后，需把控大機(jī)俯仰的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行下一層的取料操作。選用直線方式取料的優(yōu)點(diǎn)是保證了料堆的規(guī)則性，便于操作，程序簡(jiǎn)單，且相對(duì)于大機(jī)上的激光掃面，該方式取料有助于掃面成像，該方式取料的缺點(diǎn)是大機(jī)運(yùn)行軌跡在同一道來回往復(fù)，不是現(xiàn)場(chǎng)操作中最佳的取料方式。

2.3 弧線取料

弧線方式取料時(shí)，先是大機(jī)接收到上位機(jī)傳輸?shù)淖鴺?biāo)信息，按照命令運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)坐標(biāo)位置，此后大機(jī)的位置將被固定，后由大臂進(jìn)行左右擺動(dòng)，主要反饋在旋回角a的改變上，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際取料時(shí)即展現(xiàn)出弧線形式，當(dāng)完成一次取料時(shí)，通過改變大臂的俯仰角θ，而后進(jìn)行下一次取料，待取料達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，移動(dòng)大機(jī)方位，開展下一回合的取料。

當(dāng)上位機(jī)發(fā)送取料指令給PLC系統(tǒng)，PLC先按照坐標(biāo)參數(shù)指令運(yùn)行到相應(yīng)坐標(biāo)，此時(shí)大臂上下和左右位置均已明確，而后開始本次取料作業(yè)，大機(jī)的固定位置My（i）不變，通過左右移動(dòng)大臂，實(shí)現(xiàn)旋回角a的改變，待完成第一層的I道取料后，通過大臂的上下運(yùn)動(dòng)改變仰俯角，后開展下一層取料。

2.4 對(duì)比兩種取料方式

直線取料方式：操作簡(jiǎn)便，已實(shí)現(xiàn)，PLC程序簡(jiǎn)單，上位機(jī)傳輸?shù)闹噶顓?shù)很少，且最大程度保持了料堆的規(guī)則性，但該方式最大的缺點(diǎn)是大機(jī)需進(jìn)行多次往復(fù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)裝料時(shí)，由于大機(jī)體型龐大，頻繁的導(dǎo)軌移動(dòng)很難，而且容易加劇大機(jī)的機(jī)械摩擦，縮短設(shè)備的使用壽命，造成浪費(fèi)。

弧線取料方式：大機(jī)按照指令移動(dòng)到相應(yīng)位置，后通過左右移動(dòng)大臂方式進(jìn)行取料，當(dāng)完成一層取料時(shí)，通過大臂的上下移動(dòng)改變仰俯角，開展下一層取料工作，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，移動(dòng)大機(jī)位置，開展下一回合的取料。本方式中，大機(jī)無需多次移動(dòng)，只需要移動(dòng)大臂即可實(shí)現(xiàn)不同深度的取料工作，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)取料中，是最佳的取料方式。

3.大型機(jī)械的弧線取料過程

通過上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和傳輸，PLC通過接收上位機(jī)的啟停指令，控制相應(yīng)位置工作的啟停；上位機(jī)在傳輸PLC啟動(dòng)指令前，需把取料初始位置的坐標(biāo)指令傳送給PLC，即為空間三維坐標(biāo)（Cx，Cy，Cz），PLC在進(jìn)行取料時(shí)需以該坐標(biāo)為取料起點(diǎn)，待PLC接收到上位機(jī)傳輸?shù)膯?dòng)指令后，移動(dòng)至坐標(biāo)位置開展取料作業(yè)；因PLC借助編碼器傳送回來的脈沖數(shù)量來大致判斷大機(jī)姿態(tài)，以及把控大機(jī)的動(dòng)作，故而在PLC獲取到取料初始坐標(biāo)后，會(huì)先把其轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)到相應(yīng)位置時(shí)將會(huì)接收到的脈沖數(shù)量，而后啟動(dòng)計(jì)數(shù)器；在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到預(yù)設(shè)數(shù)量時(shí)，通過比較動(dòng)作，可基本保證大機(jī)已運(yùn)行到預(yù)定的方位，而后開始PLC取料作業(yè)；借助風(fēng)機(jī)作業(yè)開始取料工作，取料方式有直線取料和弧線取料兩種，優(yōu)缺點(diǎn)不同，本文選取的是弧線方式進(jìn)行取料；整個(gè)取料過程中需實(shí)時(shí)測(cè)量取料體積，明確其是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在符合設(shè)計(jì)要求后停止風(fēng)機(jī)，結(jié)束取料，此時(shí)PLC將會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序運(yùn)行到初始位置，若尚未達(dá)到取料需求量，檢驗(yàn)是否已完全完成本層的取料，若未完成需繼續(xù)完成本層取料，若本層取料已完成則判定PLC取料是否到達(dá)最后一層，若尚未到最后一層，需按照設(shè)計(jì)的高度下移懸臂，即降低俯仰角q，若已到最后一層，表明已完成軌道上大機(jī)現(xiàn)在所處位置的取料工作，需按照設(shè)計(jì)的步長移動(dòng)大機(jī)到下一個(gè)取料點(diǎn)進(jìn)行取料；依照預(yù)設(shè)的相應(yīng)參數(shù)開展換層的取料作業(yè)；繼續(xù)取料工作：整個(gè)大型機(jī)械的取料工作需系統(tǒng)的所有設(shè)備協(xié)同作業(yè)，其中包括大機(jī)、上位計(jì)算機(jī)、24V的外部供電電源、編碼器、PLC、交流接觸器、電動(dòng)機(jī)，以及中間單元等，只有這樣才可以順利完成所有位置點(diǎn)的取料工作，確保整個(gè)取料工作的順利開展。

4.結(jié)論

綜上所述，雖然直線取料方式更容易實(shí)現(xiàn)，但是使用直線取料的方式時(shí)，大型機(jī)械會(huì)頻繁的在軌道繩進(jìn)行移動(dòng)，不利于大機(jī)進(jìn)行作業(yè)，因此選擇弧線取料的方式進(jìn)行取料，使用弧形取料方式大機(jī)不需要在軌道上進(jìn)行頻繁移動(dòng)，更加適合在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。

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