浅谈长距离气垫输送机（线）的一些电气控制经验

浅谈长距离气垫输送机（线）的一些电气控制经验
作者：左成兵,梁振洪
来源：《现代食品》 2019年第2期
随着我国粮食物流的快速发展,粮食物流基础设施建设遍及国内沿海码头,特别是国内外一些大型企业依靠自身在沿河流域、港口、火车站(线)等优势,对谷物进行加工及中转运输。

本文介绍的气垫机输送线就是将港口(货船)上的散粮运送至粮仓或加工车间长距离输送设备。

气垫机输送线一般是一个独立的整体工程,由若干条气垫输送机和电气设备等组成,配以自动化控制设备和自动检测系统,构成了自动化物料搬运系统[1]。

工程电气设计原则上追求全系统的协调和整体作业均衡,尽量提高物料搬运系统的自动化程度,减轻工人的体力强度,提高作业质量,因而设计中要充分考虑系统的可靠性和运行经济性以及长时间连续工作的需要。

笔者曾经参加国内多个港口码头气垫输送线的电气设计工作,现总结一些设计心得,希以与广大同行进行交流学习。

1PLC的选用
PLC的应用越来越广,许多同行也非常熟悉。

对于输送线PLC系统的选用应掌握因地制宜的原则,主要根据自身工艺控制要选择具有相应控制功能的PLC,同时适当兼顾维修、备件的通用性以及今后设备的改进和扩展需要,此外还要取决于业主的实际使用情况和使用水平,一般业主会要求采用他们原来使用过的PLC品牌。

除了考虑PLC互换性及软件相同外,最重要的是检修工程师能熟练快速地处理电气故障,避免耽误生产。

近年来PLC迅速发展,国内常用的PLC产品,如施耐德公司的Modicon TSX quantum、西门子公司的SIMATICS7-200/300/400、ABB公司的PLC-5、OMRON的SYSMACCVMI等,这些系统硬件的基本指标大同小异,如无特殊使用要求,均可满足输送线的自动化控制系统使用。

国内应用比较广泛的PLC有西门子、通用、施耐德品牌。

工艺设计确定后,控制点数要保留1/8的余量作为备用[2-3]。

输送线一般由几条皮带机组成,其系统的功能框图如图1所示。

根据优化的设计方案,大约每条气垫输送机信号所需的DI输入点为18点左右,DO输出点为6点左右。

考虑到控制系统后期扩展的需要,一般采用I/O点为256点以下的可扩展小型PLC较合适。

以西门子产品为为例,S7-200CN系列CPU226CN可适用此设备的监测控制,它集成24输入/16输出共40个数字量I/O点,可连接7个扩展模块,最大可扩展至248路数字量DI/DO点或35路模拟量AI/AO点,完全能满足单台气垫机的控制。

但在实际应用中,一条输送线大多都是由多台气垫机组成,这时一般选用中大型PLC控制,比如采用西门子S7-300或S7-400系列PLC,然后通过ET200M扩展多个远程控制站,集中采集现场控制信号。

采用远程控制模式可减少控制电缆使用数量,降低了工程造价成本。

2输送线顺序控制的常用方法
在输送线上,所有皮带机起动及停止时,都要按顺序起停,避免堵料。

为保证作业时连续且不出现堵料,要求每条作业线上的设备逆料流方向依次启动。

停止作业时,按顺料流方向依次停掉设备。

当流程运行中某皮带机出现故障时,则其上游设备(先接收物流的设备)立即停机,其下游设备继续把输送线上的散粮运走。

较长的皮带机的启动过程时间和停机过程时间可适当延长。

设计时要考虑PLC顺序控制系统的设计方法,使生产过程按生产工艺顺序自动地进行控制,综合考虑PLC的特点,加以修改和完善,得到符合控制要求的程序[4]。

对于PLC编程的一些方法,不少电气设计人员都喜欢采用自己的经验方法来编程,这样不仅
设计效率高,而且易于调试,否则经常会改了这条程序,却影响了其他程序。

这方面笔者很有感受,当初编程时经常遇到这样的问题。

后来采用顺序功能图法编写程序效果相当不错,这种编程方法简单易学,规律性强,可以大大提高工作效率。

例如用4台气垫机组成的输送线控制如图2所示。

图2皮带机输送线顺序控制功能图
此外,气垫机输送线还设有手动顺序起动和停止。

设计时将手动启动的条件与自动的顺序启动条件并联,形成“或”门,将停止条件串入自动停止程序形成“与”门。

以顺序功能图为主干线,采用步进的表示方法可以使设计者在总体设计时更加简要地表达出系统的总体功能和概况。

从功能入手对整个系统进行全面描述,在总体设计确认后,再进行深入的细节设计,这样使设计者在设计初期抓住系统的主要矛盾而免于陷入某些细节的纠缠,从而减少总体设计上的错误。

同时这种设计方法,便于设计人员和业主电气工程人员沟通,也便于程序的分工设计和现场调试工作,可以大大缩短程序设计时间和调试时间[5]。

3控制系统构成
一般的输送线的电控系统包括MDB柜、MCC柜、PLC柜、PLC系统、电缆、桥架、现场操作箱、传感器、警铃、紧停开关和检修电源插座,以及与皮带机配套的电气控制。

控制系统的总体控制层次结构应与现场控制箱、MCC柜等统一考虑。

采取手动和自动两种模式控制,手动为现场
控制,自动为PLC远程控制。

现场控制箱以安装在相应机旁侧为宜,主要用于现场对工艺设备进行手动操作,同时用于在
调试或检修时的单体设备控制。

正常情况下,自控系统以PLC自动控制为主,完成工艺流程的作
业控制,可通过系统实现流程联锁控制或单机控制。

在现场控制箱和PLC监控系统之间,原则上
不再另外设置中间控制装置。

现场输送设备传感器信号以及料位感应信号直接输入监控系统。

采用手动/自动控制模式不仅可以大大降低工程投资,节省建设成本,还减少了中间环节,系统的
可靠性得到了显著提高,维护检修工作层次分明,操作方便。

为了便于设备的检修和维护,每台皮带机均配备现场操作箱,只要将“远程/就地”开关置“就地”位,在电机起动必要条件满足的情况下,不受上下游设备是否起动或停止条件的约束,就可以用现场操作箱上的起停按钮实现本台设备的起停。

考虑皮带机操作的安全性,避免多方控制,现场检修时,自动和手动都不能操作,且只能由现场操作箱控制。

全线运行过程中,开关置“就地”检修位时,全线停止保护,并由现场控制该台设备,起保护作用。

除业主要求外,从安全方面考虑,重要安全部分不接入PLC输入端,而作硬件处理。

例如,紧
急拉线开关,热继电的触点、重锤张紧限位开关等电器的触点直接串接至PLC的输出端线路上,
直接控制输出负载,以保护PLC故障时不损坏设备,不造成重大安全事故。

皮带机设有失速、跑偏、拉线开关等安全检测传感器,其信号输入PLC系统,以实现程序内部联锁。

为确保安全,通常电动机的启、停控制总是选用停止优先控制程序,对于该程序,即若同时按下起动和停止按钮,则停止优先。

4供配电、启动方式和电缆
电机及其他动力设备均采用380 V AC交流供电,控制回路采用220 V AC,各种传感器的现
场线路采用
24 V DC。

考虑工程设备电机容量及设备运行特点,为减小电机启动对电网和机械备的冲击,电动机启动方式分为3种:①18.5 kW以下为直接启动。

②18.5~45 kW
为Y-△启动。

③45 kW以上采用软启动器启动。

动力电缆采用ZR-YJVV22-0.6/1 kV电力电缆3×??+1×?型电缆。

对于Y-D启动控制的电机,采用2根ZR-YJVV22-0.6/1 kV电力电缆3×??+1×?型电缆。

电缆要求用阻燃铠装电缆,电缆敷设在电缆桥架中,用镀锌钢管引至设备处,连接部分采用金属软管保护,电缆桥架沿皮带机安装,在工作塔内采用垂直桥架与控制室接通,电缆及穿线管铜线跨接一定要做好。

皮带机廊道共计长度250 m,配备150 W自整流高压汞灯10个;皮带机廊道共计长度为320 m,配备150 W自整流高压汞灯12个,主要集中在转载塔和走廊,其中走廊每隔30 m设置1个。

照明总开关设在总控柜。

给料机整体照明部分采用两盏防爆日光灯,保证光线的充足度,线路走向均要穿钢管引至各日光灯处,照明开关安装在给料机的下方,方便工作人员开关灯。

照明使用VV-3×2.5电缆,125 W自镇流高压汞灯。

控制回路和保护回路使用KVVP-10×1.5电缆,电缆敷设在电缆桥架中,动力电缆与控制电缆用金属隔板隔开。

动力电缆使用电缆接头经软管引至设备,控制电缆使用电缆接头直接引至设备。

5结语
粮食流通输送线的电气设计是一个全面的电气系统工程,涉及计算机、PLC、软启动、接触器、人机界面等各方面的电气知识,笔者从事这项工程的经验和专业知识方面都有限,希望能起到抛砖引玉的作用。

从参与的工程项目过程中发现,一个项目的成功需要吸取过去的有用经验及各方协助共同努力,多花时间去钻研,多请教有经验的同行,才能少走弯路、避免许多问题,起到事半功倍的效果。

参考文献:
[1]周杨杨,章坚武.一款用于移动设备的新型WLAN片上天线[J].杭州电子科技大学学
报,2008,28(5):88-91.
[2]吴乐南.通过声音广播信道发送的电子报纸[C]//计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用.2016.
[3]于载泽.带式输送机运行故障分析及处理意见[C]//中国机械工程学会物料搬运专业学会.2017.
[4]于清洲,王力军.电瓶叉车调速系统故障的快速分析[C]//中国机械工程学会物料搬运专业学会.2018.
[5]彭怡,崔柏琼,杨放农,等.DST软起动器在胶带输送机中的应用[C]//2017中国钢铁年会.2017.。