翻车机PLC自动控制及常见故障分析.pdf

总第 1 8 6期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 2 5 翻车机 P L C自动控制及 常见故障分析 周 天 宏 兰州资源环境职业技术学院， 甘肃 兰州7 3 0 0 2 1 摘要 文章分析了翻车机的P L C控制系统 ， 特别对压车梁的夹紧、 松开和靠车板的靠车、 正反向高低速的 控制过程在程序编写方面进行了进一步地改进 ， 并针对运行中常见的故障进行了分析并提出了解决方案。 关键词 翻车机； P L C自动控制 故障分析 中图分类号 T D 5 2 9 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 【 2 0 1 5 0 2 0 0 7 0 ． 0 3 翻车机是煤矿生产 中物料运输 的重要装备 ． 是 火车车皮翻卸的大型机械。翻车机系统主要 由五大 系统组成 夹轮器 、 拔车机 、 翻车机、 迁车机、 空车铁 牛。本文提到的翻车机为转简式 ， 使用西门子 s 7 3 0 0系列 P L C控制， 传动系统采用西门子变频器 ， 实 现对两台倾翻电机的调速和控制。翻车机上各种动 作机构如压车梁 、 靠车板等均使用液压控制 。本文 对该控制系统进行 了分析 ， 并对常见 的故障提出了 处理方法。 1 翻车机系统 自动控制原理 翻车机系统结构及工艺流程如图 1 所示。 重车线 空车线 _ L j 二 f] 口 空 [ [ ⋯ 车铁牛 图 1 翻车机系统工艺流程 该系统 由机车牵引一列重车送至重车线夹轮器 附近 最多 3 0列 ， 拨车机牵引力为 2 5 MN ，这时用 拨车机牵挂重车退至原位 ， 用夹轮器将第一节夹住 ， 然后将夹轮器投入 自动， 同时空车铁 牛、迁车 台也 相继投入 自动方式 ， 接着将拨车机投入 自动方式并 按下 自动运行按钮 ， 这时通过外部信号输入 ， 由 P L C 自动控制系统的运行。 首先 。 夹轮器 自动松开 ， P L C检测到松开信号 ， 拨车机马上牵引重车以正 向中速前行 ， 行驶 1 1 m时 7 0 转为正向低速前行 ， 拨车机行进位置 由机上设置 的 一 台旋转编码器采样得 到高速脉 冲信号进入 P L C 高速计数模块 ． P L C通过 高速脉冲确定拨车机的行 进位置。当行驶一个车长时， 光电接通 P L C控制拨 车机停止 ． 同时夹轮器夹紧第二节 ， 人工摘钩 ， 并按 下允许拨车机前行按钮， 拨车机继续以低速牵引第 一 节车前行 1 7 ． 4 8 m。这时如果满足这些连锁条件 翻车机在原位 I 1 ． 0 、 翻车机的压车梁在原位 I 1 ． 1 、 靠车板在原位 I 1 ． 2 、 迁车 台的推 车器在原位 I 3 ． 0 、 迁车台在重车线对准 I 3 ． 2 、 拨车机轻钩舌闭合I 2 ． 1 拨车机马上转为正向中速行驶 ， 行驶至 3 0 1 1 3 时． 改 为正 向低速 ， 行至 3 2 m时， 拨车机停车 第一节车 不存在对 中问题 ， P L C输 出 自动提 轻销 ， 轻 钩舌 开， 轻钩销 自动落下 ， 然后拨车机退后 4 m， 提重销， 重车钩开 ， 重销又 自动落下 ， 拨车机又正向低速前行 0 ． 5 m， 停车升大臂至 9 0 。 。然后拨车机高速返 回至 1 2 ． 7 m， 停车降大臂至 0 。 ， 高速返 回离原位1 ． 5 m时 这时翻车机投入 自动 拨车机转为反向低速 ， 挂第 二节重车。重钩舌闭合后 ， 夹轮器 自动松开 ， 拨车机 按第一节程序前行至 1 7 ． 4 8 m时， 轻钩挂上前面一 节重车 ， 以正向中速前行到达减速值时转为正 向低 速 ， 直到 目标值时停车 ， 拨车机停车抬大臂时， 翻车 机压车梁 自动压车 ， 压 车终点信号一有 ， 马上 自动 靠车 。等拨车机退后 4 m， 停止 时表 明拨车机 已离 开翻车机 ； 翻车机人 口和出 口光电接通 表明入 口、 出口无人员及设备 ， 以上信号均输人后 ， P L C输 出 控制翻车机开始 自动翻车。 翻至 1 5 5 。 时 ， 振动器开 始振 动 ， 到达 1 6 5 。 ， 翻车 机停 车，振动 继续振 动 ， 1 0 s 后翻车机返 回， 振动器停止 ， 返 回至 2 0 。 ，涡流 制动器投入 。 使翻车机达 到 1 ／ 6额定转速平稳 回到 零位 ， 翻车机回到零位 ， 压车梁 、 靠车板 同时 自动返 回到原位 ， 当拨 车机牵引第三节 车皮 时要完成牵 、 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 1 7 作者简介 周天宏 1 9 5 7一 ， 男 ， 甘肃兰州人， 副教授 ， 研究方向为电工技术和电子技术。 周天宏 翻车机 P L C自动控制及常见故障分析 第2 4卷第2期 推 、 顶的动作 ， 将翻车机 内车皮顶到迁车 台上 ， 迁 车 台上的人 口处接近开关检测 四下 。 运用 P L C内部的 计数器控制得到一个条件 ， 证明车皮 已完全上了迁 车台 ． 再运用 P L C内部的定时器延时 1 0 s 后迁车台 自动向空车线移动。到达空车线 ， 迁车台对轨信号 一 来 ． 5 s 后 ， 迁车台上的推车器开始 自动推车 ， 将车 皮推出迁车台， 推车器行 至终点极 限， 3 S后 自动返 回 ， 车皮向前滑行 1 4 m， 地面接近开关检测两下 ， 迁 车台 自动返回重车线。车皮继续向前滑行 ， 越过牛 坑 。 地面的接近开关检测 四下 ， 空牛 电机旋转 ， 并挂 离合器 ， 空牛出牛坑 自动推车至终点极 限停止 ， 3 s 后电机旋转带动空牛返回。 2 翻车机翻卸控制电气原理 翻车机 的主要动作 有 压车梁夹紧 、 松开 ， 靠 车 板靠车 、 返回 ， 翻车机倾 翻、 返 回。翻车机的工作方 式有 机旁操作、 集中操作和自动控制。通过机旁及 集中操作 台上 的选择开关及 锁机钥匙开关 进行选 择 一般正常操作在集 中操作 台进行 ， 当进行检修 试车时在机旁操作。 将操作方式选为操作台集中操作 ，按下变频器 合 闸按钮 ，P L C输 出 Q 2 4 ． 5控制接触器 K M 得 电 吸合 ， 变频器合 闸。接着启动油泵 电机 。当翻车机 未动作、 翻车机处于零位、 压车梁原位、 靠车板原位 等输入信号到位 ， P L C输 出 Q 2 6 ． 5驱 动灯光信号 ， 允许拨车机上车。 车皮 由拨车机推人翻车机。车皮到位后 ， 先按 下压车梁夹紧按钮 ， P L C的输 出通过中间继 电器隔 离驱动液压阀动作 ， 实现压车梁夹紧动作。当压车 梁夹住车皮时 ， 1 ， 2号压力检测提示压车梁夹紧到 位 ． P L C通过一个定时器再使 夹紧动作延 时 7 s结 束， 以确保车皮被可靠夹紧。 按下靠车按钮 ， P L C输 出通过 中间继 电器隔离 驱动液压 阀得电实现靠车动作 。当靠车板到达靠车 终点位时， 由两个接近开关采集 向 P L C输入信号表 示靠车到位 ， P L C利用另一个定 时器实现靠 车动作 延时 3 s 结束 ， 以确保车皮靠紧。 当压车梁 、 靠 车板到达终点 ， 出人 口光点接通 ， 变频器工作 ， 制动器工作等相关条件满足后 ， 按下倾 翻按钮 ， P L C驱动变频器控制倾翻电机以正 向高速 ， 即频率为 3 7 ． 5 H z旋转 。 实现倾翻动作。当倾 翻至 1 3 5 。 减速位 ， P L C输 出传送 给变频器一个指令 即速 度设定为低速。这样 ， 变频器控制倾翻 电机以正 向 低速 ． 即频率为 1 2 ． 5 H z 继续旋转 ， 为平稳停车做准 备 。倾翻至 1 5 0 o ， 振动器震动 ， 振动器工作持续 5 s 停止。翻车机倾翻至 1 6 5 。 ， 倾翻动作结束。 按下倾翻返回按 钮 ， P L C驱 动变频器控制倾 翻 电机 以反 向高速 ， 即频率为 3 7 ． 5 H z 旋转 ， 实现反向 动作 。返 回至 2 7 。 减 速位 ， P L C输 出传 送给变频器 一 个指令 即速度设定为低速。这样变频器控制倾翻 电机以反向低速即频率 为 l 2 ． 5 H z 返 回， 为平稳停 车对轨做好准备 。返 回至 0 。 ， 返 回动作结束 。翻车 机在零位与地面铁轨对齐 ， 为上车做好准备。 按下靠车返回按纽， 靠车返回动作执行。当靠 板返 回至原位时 ， P L C程序会使返 回动作延 时 2 s 停止 ， 以确保靠板彻底返 回至原位 。 按下夹 紧松 开按钮 ． 松开动作执行。压车梁松 开至原位时， 程序会使松开动作延时 2 s 停止 ， 确保 压车梁松开至原位。 翻车机此时完成 了一个动作周期 ， 同时允许拨 车机上车继续下一节车皮的翻卸工作。 3 P L C程序解 析 3 ． 1 压车梁夹紧、 松开 。 靠车板靠车、 返回动作延 时 停止的实现 压车梁夹紧 、 松开 ， 靠车板靠车 、 返 回四种动作 的延时停止 的实现从 P L C程序编写上原理是相似 的。下面以靠车动作为例加以说明 靠车动作到达终点， 终点信号 I 9 ． 3 ， I 9 ． 4输人 P L C， 使位存储器 M2 ． 6状态为 1 。定时器 T 输入端 得到信号开始记时 ， 3 s 后输 出驱动位存储器 M 3 ． 1 的状态变为 1 ， M3 ． 1的闭点打开使 靠车动作停止 。 M3 ． 1的开点闭合使定时器 ． 7记 时， 1 0 0 ms 后输 出使 M8 ． 7的状态变为 1 ， 从 而使 T 复位 ， M3 ． 1状 态恢复为 0． 同时 M 8 ． 7的状态也恢复为 0 ， 过程结 束 。 3 ． 2 翻车动作过程 。 正反向与高低速的控制 当相应 的条 件具备时 ， 按 下倾 翻或 返 回按钮 ， P L C内部位存储器 M4 ． 0或 M4 ． 1的状态由 0变为 1 ， 二者之问存在互锁。当 M 4 ． 0状态为 1 ， 变频器工 作 ， 制动器打开等条件满足时 ， Q 2 4 ． 1输出 ， 驱动 中 间继 电器 动作 ， 并通过 K 输送给变频器一个指 令 方 向设定为正向。而当 M 4 ． 0状态为 0， M 4 ． 1状 态为 1时 Q 2 4 ． 1不 输 出， 那 么 方 向 就 为 反 向。 M 4 ． 0 ． M 4 ． 1均可以驱动 Q 2 4 ． 2和 Q 2 4 ． 3来实现变 频器 的高速与低速输 出。只是 Q 2 4 ． 2和 Q 2 4 ． 3的 输出受位存储器 M8 ． 0的控制 ， 通过 M8 ． 0的程序段 不难看 出只有 当 1 7 ． 0状态为 0即倾 翻至 1 3 5 。 ， 和 I 6 ． 3状态为 0即返 回至 2 7 。 时 M8 ． 0的状态才为 1 ． 在以上两种情况下 Q 2 4 ． 3输出 。 控制变频器低速输 出， 而当 M8 ． 0的状态为 0时 ， 其闭点闭合 Q 2 4 ． 2输 出， 控制变频器高速输 出。 71 周天宏 翻车机 P L C自动控制及常见故障分析 第2 4卷第2期 4 常见故障分析及解决办法 经过一段时间的使用发现。翻车机 电气事故不 断 ． 而且查找事故原 因十分困难 ， 下面就针对几个常 见问题加 以分析和解决 4 ． 1 线路故障 翻车机机上线路走向不合理 ， 分线盒小 ， 而且它 的位置正好在液压台下面。 液压台漏油 ， 使线路接头 处被油浸泡 ； 线路接头多、 乱 ， 部分 电缆 、 电线在穿 管中受损 ． 至使翻车机接地事故 比较频繁 。为此加 大了机上分线箱 ， 安装端子板 ， 并且在走线方式上 ， 采取两路走线方式 ， 车台上配管 ， 增加八个线盒 ； 压 车梁检测信号线路从车台走 ， 其它线路 电磁 阀等 从原来管 中走 ； 沿翻车机轨道铺一根管子 ， 使需要串 联的线路直接串联 ， 不需折返。为了减少接头 ， 在穿 线时， 尽量采取一步到位的原则 ， 象油泵电机 、加热 器 、 两个溢流阀、 温度 、 滤油器 、 液位 、 空气调节器 、 靠 车电磁阀、靠车终点原位极限都是从机旁箱开始一 步到位。这样共用 了 1 1根线路取代 了原来的线路。 使得线路接头减少 了一半 ， 并增加了线路的机械强 度 ， 使线路走向非常明了。实践证 明， 改造后的线 路 ， 事故率大为降低 。 出现事故时也易于查找。 翻车机操作 电源 与 P L C电源 。 在设 计上混线 ， 输出模块 Q 5 ． 2一Q 5 ． 7直接去现场控制靠车 电磁 阀， 在调试期间 ， 造成输出模块 的损坏 ， 改造后 ， 加入 四个中间继电器隔离 ， 由输出模块驱动继电器 ， 继 电 器 的一对常开点去控制现场一 、 二溢流阀、 靠车电磁 阀， 这样就杜绝 了输出模块 的损坏。P L C输 出与机 旁转换开关控制振动器 ， 设计上也 已混线 ，我们把 输 出点 Q 4 ． 5通过 翻车机 K 继 电器 隔离 。采取这 些措施后 ， P L C电源就能常送 ， 从而可以实现单机 自 动控制。 4 ． 2 迁车台、 空车铁牛故障 为保证迁车台、 空车铁牛 自动控制的可靠性 。 在 硬件 、 软件上同时采取 了措施。 硬件上 在迁车台机旁位置加急停开关 ， 并引进 P L C。 可以在迁车台 、空车铁牛有事故时 ， 由岗位人 员及时停车 在迁车 台人 口处和空车铁 牛推车位置 分别加装了一对光电开关。光电开关的检测信号通 过继电器隔离 ， 在迁车台走行 回路和空车铁牛推车 返 回回路中， 加入该条件 ， 即满足光 电接通 ， 才能使 迁车台 ， 空车铁牛动作。光电保护与继 电隔离设计 的加入 ， 有效杜绝了因干扰造成 的设备误动故 障的 发生。 软件上 迁车台程序改动的思想是 当迁车 台转 换开关打到 自动位置并启动 自动运行按钮 ， 这 时计 7 2 数器 c 、 c ， 都复位。当车皮开始进入迁车台 ， 光电 开关从通到断满足了一个阶跃信号 ， 这时允许计数 器 c 开始计数 ， 四个车轮通过检测装置 ， 计数器 C 。 计满四下得 电， 此时若光电接通 ， 即整个车皮上了车 台 ， 1 5 s 后 ，开始重车线 向空车线移动。程序如图 2 、 3所示。空车线 向重车线移动同理 ， 只是使用计 数器 C ， 计两下。 图2 计数功能实现 程 J 予段 1 1 l 迁 l 自 动 运 行 数 值 直 空 千丁 卜 卜 卜 。H 图 3自动运行 的实现 通过对这几个典型问题 的分析与解决 ． 大大提 高 了系统的可靠性 ， 降低了事故率。避免 因各种原 因造成车皮掉到迁车 台坑里， 以及空车铁牛顶车皮 肚子的事故发生。 4 ． 3 位置检测装置凸轮控制器的改造 翻车机在翻转过程中需要多个角度检测信号如 0 。 、 2 7 。 、 1 3 5 。 、 1 6 5 。 等 ， 它们作 为其他动作 的连锁条 件。这些角度信号的检测使用了凸轮控制器装置。 原设计 凸轮 控制器的 电源为 2 4 V， 信号直接输 入 P L C输入模块。在实际使用过程 中， 经常会有角度 信号检测不准确的情况发生 ， 结果可能导致 翻车机 不翻车 ， 不返 回， 不加速等故障。经过分析根本原 因 在于长时间使用其内部角度 下转第 7 4页 徐晓燕等 重型支架平板车轮对结构改进分析 第2 4卷第2期 图 3所示 ， 油孔在不 同位置放置时 ， 应力分 布均为 蓝色 轴的应力值按照软件要求设置蓝色为安全区 域 ， 说 明轴 的强度没有受到影 响。因此 注油孑 L 的 加工位置不会影响到轴 的整体性能。经过实际加工 使用 ， 车轴形状简单 ， 容易装 卡， 节约 了制造 工时。 由单注油 口改进为双 向注油 口， 润滑效果更好 ， 润滑 时拆开轮盖即可打油 ， 不需要将整车翻转 ， 更快捷安 全 油孔平行放置 油孔垂直放置 图3 车轴不同位置加工注油孑 L 受力分析 其次是轮盖与车轮 的联接方式改进 ． 分析改进 前螺栓连接为什么会出现轮盖脱落的现象呢经过 实际矿井考察 以及设计过程的受力分析发现 ． 由于 井下环境恶劣某些地方地基 高过轨道面， 而受力 主 要作用在连接螺栓上。当多次受力后轮盖螺栓在地 面阻力和轮 圈反力作用 下被剪断 ． 导致 轮盖掉落。 因此将轮盖设计为尽量沉人车轮体内的结构 ． 外露 部分尽量采取合理曲线过渡。如此主要受力接触面 为轮盖与车轮接触面， 螺栓只起到联接作用 ， 将不受 地面作用力而造成剪断 ， 轮盖不会脱落。同时 ， 轮盖 与车轮采用螺栓联接 ， 在轮盖上预加工退卸孔 ， 便于 进行轮对注油与检修 ， 有效地解决 了改进前存在 的 问题 。 3 结语 新研发的重型支架平板车采用改进后的轮对结 构 ， 经煤矿使用后未 出现改进前的问题 ， 尤其是对于 重型支架平板车注油结构改进 。 极大方便用户在井 下环境操作 ， 车辆结构满足了井下安全运输 的需要。 [ 责任编辑 李月成] ． ．- 。 。． ． ’ ． ． ． ． - ‘ ． ’ ． ’ ． ． ． ’ ． ． ． ． ，． ’ ． ’ ． ． ’ ． ． ’ ． ’ ． ’ ． ’ ． ， 上接第 6 2页 工况对 比模块 。分为同一设备和不同设备。同 一 设备是用折线图显示一个设备的一个参数在不 同 时间的参数信息。不同设备是用折线图显示两个设 备的同一参数在同一时刻的参数信息。 设备信息模块 。包括历史故障和历史维护。历 史故障默认以列表形式显示近一月 的故障时间 、 故 障部位 、 故障等级 、 发展趋势信息和设备基本信息 ， 可 以下载设备说明书 、 设计参数 、 设计简图文档。历 史维护和其功能类似 ， 记录每次维护的信息。 发布结果模块 。用户可 以查看某一天的建议维 护时间、 建议维护对象 、 建议维修内容和下载该设备 产品说明书 、 设计参数 、 设计简图信息。 上接第 7 2页 接点表面产生氧化膜 ， 看似闭合的接 点， 直流 2 4 v电流却不能通过 ， 再加上凸轮控制器 安装位置直接与翻车机相连 ． 振动较大 ， 更不利于接 点的 良好 闭合。 改造后 ， 将电源改为交流 2 2 0 V， 各角度接点 闭 合驱动 2 2 0 V中间继电器． 通过中间继 电器 隔离输 入 P L C角度信号。这样做， 其一， 由于高电压交流 电的冲击使凸轮控制器角度接点闭合时可以良好地 通过电流 ， 相对振动也不会影响电流的传输 ， 实现了 角度信号的准确输入 。其二， 通过 中问继 电器 的隔 离， 也杜绝了外部噪音对 P L C的干扰。改造后 翻车 机运行更加可靠。 7 4 5 结语 本文设计并实现了矿井压风机远程监测系统 ， 实现了压风机 的各种参数的远程在线实时监测。同 时， 该系统还提高了矿 山设备的信息化 管理 和 自动 化水平 ， 达到了无人值守的生产要求 ， 有力地保证 了 压风机设备安全、 可靠地运行， 为设备的管理和维护 提供了科学依据。在移动智能终端 日益普及的情况 下 ， 该软件提供了移动智能终端的开发接 口， 可以方 便地将该程序移植到移动智能终端上。 5 结语 [ 责任编辑 李月成] 翻车机系统采用 s 73 0 0系列 P L C控制 ， 传动 系统采用西 门子变频器 ， 充分体现了 P L C与变频器 及各种传感检测元件的完美结合 。特别是对位置检 测装置凸轮控制器 的改造 ． 使系统整体设计更加清 晰、 合理。通过对常见故障的分析与解决 ， 系统的可 靠性大大提升， 有效避免 因各种原因造成 车皮掉到 迁车台坑里 ． 以及空车铁牛顶车皮肚子的事故发生 ， 系统无故障运行时间大大延长。 [ 责任编辑 李月成]