基于S7-1500 PLC的斗轮机过载保护程序设计

2022-07-12刘文朝霍志斌

设备管理与维修 2022年7期

刘文朝，王弼，霍志斌，孙力

（中交一航局安装工程有限公司，天津 300000）

0 引言

中交一航局安装工程有限公司承担湖北荆州煤炭港务有限公司的生产运维服务工作。湖北荆州煤炭港务有限公司作业现场应用的是DQL1650/4500.40型斗轮堆取料机，可用于粒度在0～300 mm的散状物料的堆垛及取料中，是储料场专用的堆取散状物料的优良设备，拥有单向堆料、单相取料功能，更具有高效的作业特点。在取料作业中，堆取料机司机在取料过程中存在取料超载的情况。在实际取料过程中会存在塌垛等不确定因素，会导致流量突然增大，对设备造成超载。

为避免长时间超载运行，对取料机控制系统西门子S7-1500 PLC进行编程，在超设计最大流量时停机，减少设备洒漏煤的同时减轻因斗轮超载对设备造成的伤害。从设备本身加强保护，尽可能的做到本质安全，从而提高班组的安全管理水平。

1 取料工艺介绍

本机取料工艺只有一种，即进尺回转分层取料，如图1所示。走行过程中不可以进行取料作业。

图1 取料方式示意

堆取料机在取料模式时，主要以回转取料为主进行取料作业。例如：堆高度12 m时，分3层取料，取料高度Hmax=4 m。取料工艺为阶梯三层多循环取料，将斗轮回转到初始位，俯仰到第一层高度（斗轮中心距轨面9.96 m，俯仰角度-0.82°）进行第一层循环“进尺—回转—进尺”循环吃料，取料进车至一定距离后，形成第一个阶梯；然后后退下俯至第二层（斗轮中心距轨面5.96 m，俯仰角度-5.23°）进行“进尺—回转—进尺”循环吃料；同理完成第三层（斗轮中心距轨面1.96 m，俯仰角度-9.7°）吃料。完成第一次吃料循环作业后，前进并俯仰升至第一层，堆取料机进入第二次循环吃料。进尺量的计算值为875 mm。

2 PLC编程实现

根据多年设备管理经验，经过在作业过程中的监控积累经验，可以通过对西门子S7-1500 PLC编程从下面两个方面实现控制设备过载。

2.1 超量报警

现场堆取料机设计取料额载能力为1650 t/h，满载运行能力为2000 t/h。通过博图15.1软件对程序设计在堆取料机取料模式下，流量超1650 t/h持续时间达3 s时，上位机HMI画面进行报警。通过报警提醒操作人员控制取料量，防止出现过载情况。PLC编程实现如图2所示。

图2 斗轮机流量超额定流量报警和复位程序

程序段中用到一个OUT_Range值超出范围指令及TON_TIME接通延时指令，其中“生成接通延时”（Generate ondelay）指令将Q的输出设置延时，设定的时间为PT。当接通延时指令输入的逻辑运算结果从“0”变为“1”（信号上升沿）时，启动延时功能。计时功能开始启动，当超出设定时间后，指令输出端的信号状态将变为“1”。只要指令的输入状态为“1”不变，指令输出的状态就保持不变。当指令输入信号从“1”变为“0”时，指令的输出状态就会变成“0”。指令的输入端状态信号为“1”时，该指令的延时功能将再次启动。可以在ET输出查询当前的时间值。该定时器从0 s开始计时，在达到预设时间后结束。其中“值超出范围”指令查询输入VAL的值是否超出指定的取值范围。指令通过预设值MIN和MAX来确定取值范围的限值。“值超出范围”指令将输入的值与输入MIN和MAX的值进行比较，如果输入的值满足小于最小值或大于最大值的比较条件，则功能框输出的信号状态为“1”。如果指定的REAL数据类型的操作数具有无效值，则功能框输出的信号状态也为“1”。如果输入的值在预设值最大与最小之间时，则功能框输出返回信号状态“0”。该程序段逻辑为在取料模式下，当瞬时流量大于MAX值1650并且保持3 s后，线圈M700.6超量报警得电，超量报警M700.6常开点动作，故障报警线圈Q17.4得电并自锁，司机室声光报警器报警。司机可以通过故障复位按钮将报警恢复。

2.2 超流量停机

现场堆取料机设计取料模式满载运行能力为2000 t/h,通过博图15.1软件对西门子S7-1500 PLC程序设计为堆取料机取料模式时流量超2000 t/h持续时间达3 s时程序设置堆取料机回转停、行走停。本程序主要是通过西门子S7-1500 PLC编程，对设备过载进行软保护，使设备不会因长时间过载导致设备不正常停机，也可以防止设备因过载导致大量洒煤，给文明生产带来压力。PLC编程实现如图3～图5所示。

图3 斗轮机流量超设计流量停机和复位程序

图4 斗轮机流量超设计流量停回转程序

图5 斗轮机流量超设计流量停行走程序

实现本功能的4段程序段中OUT_Range值超出范围指令及TON_TIME接通延时指令上文已做介绍，其中的常见的位逻辑指令中涉及到（S）置位输出及（R）复位输出两个指令，通过使用“置位输出”指令，将输出信号状态置位为“1”并保持。其中使用“复位输出”指令将指定操作数的置位线圈信号状态复位为“0”。

该功能实现的逻辑为在取料模式下，当瞬时流量大于MAX值2000并且保持3 s后，线圈M700.7超量停机得电，并置位为1保持，超量停机M700.7常开点动作，故障报警线圈Q17.4得电，司机室声光报警器报警。在FC(10)回转控制程序块及FC(11)大车行走控制程序块中的超量停机M700.7常闭点动作，此时堆取料机无法进行回转及向前行走的动作。当故障报出后，司机可以通过故障复位按钮将故障及报警恢复。

3 设备本质安全

通过对斗轮堆取料机程序的完善，大大提高了设备的本质安全，减轻因人为误操作对设备造成的伤害。通过对西门子S7-1500 PLC程序的修订，增加程序保护，实现设备超载的控制。在取料模式下能够根据取料量大小和持续时间，自动判断堆取料机是否停止取料，防止堆取料机在取料模式下因取料量过载对设备造成损害，提高取料机设备的本质安全。通过对设备安全性能的提升，也带动了企业安全生产管理水平的提高。通过对西门子S7-1500 PLC的编程，设备增加流量超量保护功能，可预防因设备在取料模式下长时间超载导致的设备损坏，减少流程的不正常停机和故障次数等。