基于西门子PLC 的堆取料机斗轮双重保护研究

孙 力，陈 凡，王 弼，周 鑫，王志豪

（1.湖北荆州煤炭港务有限公司，湖北荆州 434020；2.宁波舟山港股份有限公司北仑矿石码头分公司，浙江宁波 315800）

0 引言

湖北荆州煤炭港务有限公司一期工程目前有7 台堆取料机，堆取料机（简称斗轮机）型号为DQ L1650/4500.40，是一种大型、连续、高效的散料装卸机械。可适用于堆、取粒度0～300 mm的散状物料，是大中型火力发电厂、码头、矿山、冶金、化工和大型水利工地等工矿企业储料场专用的堆取散状物料的优良设备，具有单向堆料、取料功能。

1 一期工程堆取料机简介

斗轮机设备由斗轮机构、臂架、上部钢结构、悬臂皮带机、俯仰机构、回转机构、中心料斗、转台、门座、行走机构、附属结构、尾车、电气房、回转上电、司机室和电气系统等组成。在回转驱动装置作用下，实现斗轮堆取料机上部回转。尾车为固定单尾车。设备动力供电电源电缆和控制电缆通过电缆卷筒卷绕上机。堆料作业时，系统皮带机输送来的物料经尾车，再经中部料斗上部输送到悬臂皮带机上，最后抛向储料场。悬臂皮带机的上仰和下俯可实现高、低位的堆料；大车行走则实现轨道长度方向的堆料。取料作业是按分层取料的工艺进行的，必要时也可以进行斜坡取料。斗轮机构上的斗子将挖取上来的物料卸至悬臂皮带机上，再经中心料斗，将物料输送系统皮带。

斗轮机构：斗轮机构安装于前臂架的前端部，为了取料和卸料方便，安装时斗轮轴在垂直面内倾角10°。斗轮机构主要由驱动系统、圆弧挡料板、斗轮轴、溜料装置、导料装置、斗轮体、轴承座、斗子等组成，采用长轴布置型式，斗轮机械结构如图1 所示。斗轮由电机+液力偶合器+减速器驱动。设置有电气的安全和过载保护。导料装置有抬起功能，由电液推杆驱动，与堆取料作业连锁控制。在取料作业时放下压在皮带机上面，调整料流方向，保证不撒料；堆料作业抬起，使煤直接通过皮带机抛洒到料场。

图1 斗轮机械结构

2 一期工程堆取料机斗轮参数

湖北荆州煤炭港务有限公司一期工程堆取料机斗轮驱动电机功率为110 kW，电机启动方式通过施耐德ATS48 软启动器来实现，电机软启动是通过采用降压、补偿或变频等技术手段，实现电机及机械负载的平滑启动，减少启动电流对电网的影响，使电网和机械系统得以保护。

电机采用软启动器有以下优点：

（1）使电机的输出力矩满足机械系统对启动力矩的要求，保证平滑加速、平滑过渡，避免破坏性力矩冲击。

（2）使启动电流满足电机承受能力的要求，避免电机启动发热造成绝缘破坏或烧毁。

（3）使启动电流满足电网电能质量相关标准要求，减少电压暂降幅度，减少高次谐波含量等。

施耐德ATS48 软启动器的相关参数如下：

（1）进入SEt 项，选择IN 设置为200（表示电机额定电流设置为200 A）。

（2）进入PrO 项，选择LOC 设置为110（110 表示电机额定电流的110%，即将保护过载电流定义为200×110%=220 A）。

（3）进入PrO 项，选择OIL 设置为dEF（电流过载激活）。

（4）电流过载激活：功能仅在稳定状态下有效。表示如果电机电流超过一个可调的阈值LOC 且持续时间超过可调整的时间值tOL，电流过载动作原理如图2 所示。①进入PrO 项，选择tOL 设置为11.0（表示将电机过载保护时间定义为11 s）；②进入IO 项，选择AO 设置为OCr（表示将模拟输出量选择为电机电流）；③进入IO 项，选择04 设置为420（表示将模拟电流通过4～20 mA 信号传输）。

图2 电流过载原理

3 一期工程堆取料机西门子S7-1500 PLC 新增保护程序

3.1 定义斗轮软起过电流故障

打开西门子博图软件，展开PLC 下部电气房，展开PLC 变量，选择故障M，将%M730.2 定义为“斗轮软起过电流220 A-9 s 故障”（该故障点可自行选择没有使用的故障点），PLC 斗轮故障定义如图3 所示。

图3 PLC 斗轮故障定义

3.2 编写主程序段

采集斗轮电机软启动器反馈回来的模拟电流信号，添加一个比较器，参数设置为模拟量数据斗轮电机电流值大于等于220 A 时输出。

增加一个接9 s 的延时通信号（该时间只要不超过软启动器设置的保护时间即可），增加一个输出信号线圈，将该线圈设置为第一步定义的“斗轮软起过电流220 A-9 s 故障”。PLC 斗轮保护主程序段如图4 所示。

图4 PLC 斗轮保护主程序段

3.3 增加软起过电流故障自锁程序段

增加一个%M730.2 的开点信号；增加一个%M11.0 的复位信号（该信号为原程序定义的故障复位点，可根据实际情况进行相应修改）。PLC 斗轮程序自锁如图5 所示。

图5 PLC 斗轮程序自锁

3.4 将软起过电流故障串入主要保护程序段中

找到斗轮主要保护程序段，将新增的“斗轮软起过电流220 A-9 s 故障”采用闭点信号串入到主程序段中。斗轮主要保护程序如图6 所示。

图6 斗轮主要保护程序

4 一期工程堆取料机西门子1500PLC 新增保护程序的意义

此段保护程序运行后表现效果良好，主要意义如下：

（1）降低了堆取料机的故障率。原有软启动器电流过载保护后，设备故障停机，需要维护人员去电气房对斗轮软启动器进行手动复位；该段保护程序投用后，可实现提前预警功能，在故障停机触发前告知堆取料机司机。堆取料机司机可以通过调整操作方式避免故障发生，降低设备故障率，提高堆取料机的作业效率。

（2）该保护程序段和软启动器原有保护一起实现对堆取料机斗轮的双重保护，提高设备的安全性能。该段保护程序属于“软保护”，软启动器原有保护属于现场“硬保护”，两重保护双持叠加。即使新增保护程序段失效，在该设备出现过载的情况下，原有保护仍有效投用，大大提高设备的安全性能。

5 结束语

通过对湖北荆州煤炭港务有限公司一期工程堆取料机斗轮软起故障的研究，增加一段保护程序。最终达到在软启动器保留原有保护功能的前提下提高生产效率，为堆取料机的安全、高效运行提供有力的技术支持。通过在荆州煤炭港务有限公司一期工程堆取料机的实践，印证了方法的有效性，并可为类似软启动器提效及消除安全隐患提供一定的参考。