1 引言
悬臂式斗轮堆取料机在旋转取料过程中，其切削面积为一月牙形(见图1)，因此，在回转角度一定的情况下，斗中的物料充满量是变化的。远离轨道，取料量小，悬臂垂直轨道时取料量为零。正常取料作业，旋转角度一般控制在60°左右。为了消除取料过程中的“月牙损失”，臂架的回转速度应按1/cosφ函数曲线的变化规律进行调速(见图2)。使臂架在任意角度下，在相同的时间内均匀取料。使生产率恒定而不随回转角度的变化而减少。
用siemens s7-300可编程控制器(plc)、migromastern 440系列变频器、omron增量式光电编码器组成调速控制系统(见图3)。可编程控制器(plc)与变频器之间采用profibus通讯协议。在悬臂式斗轮堆取料机臂架旋转取料时按1/cosφ函数曲线进行自动无级调速。系统运行稳定，消除了取料过程中的“月牙损失”，使生产率保持恒定。
2 回转角度检测及1/cosφ调速
用fm350-2计数器模板、omron增量式光电编码器、传动机构组成旋转角度检测，可准确检测悬臂旋转运行中与轨道之间形成的任意夹角φ。
因为轮斗在任意处取料的截面是相等的见，如图1所示，所以，根据采样值φ(plc)计算出臂架在旋转过程中与行走轨道任意夹角处的速度vn，通过profibus-dp总线传送到变频器的profibus接口模块，调节变频器的输出频率，使臂架的旋转取料速度按1/cosφ函数的变化规律进行调速。
臂架旋转与行走轨道任意夹角φ处的速度计算:
根据悬臂式斗轮堆取料机旋转取料示意图1
图1 悬臂式斗轮堆取料机旋转取料示意图
b0·t0＝b·t＝f ∵ t＝t0·cosφ
∴ b＝b0·t0/t＝b0·t0/ t0·cosφ
b＝b0/cosφ
∴vn＝v0·1/ cosφ(r/min)
vn—任意处的回转速度;
φ—任意处的回转角度;
v0—初始回转速度。
如图2所示，由于回转角度φ＞60°以后回转速度急剧增大,因此,取料回转调速应在0～60°范围内进行。
图2 1/cosφ函数曲线调速示意图
图3 1/cosφ调速系统硬件配置
3 悬臂式斗轮堆取料机1/cosφ调速系统
悬臂式斗轮堆取料机1/cosφ调速系统组成如图3所示。
选用siemens s7-300 主机cpu315-2dp新型,内置2个rs-485接口，具有mpi和profibus dp通讯功能，fm350-2计数器模板及profibus-dp总线连接器。
变频器选用西门子migromastern 440型。悬臂式斗轮堆取料机回转机构负载惯性较大，可根据回转机构驱动电机的功率变频器选重载型，且还应上浮一级。标配profibus模块、制动单元和制动电阻、输入和输出电抗器。
用fm350-2计数器模板、光电编码器、传动机构组成旋转角度检测系统，连接电缆选用屏蔽软电缆。光电编码器选用omron增量式光电编码器。
可编程控制器(plc)与变频器标配的profibus模块采用profibus通讯协议，通讯电缆采用双绞屏蔽软电缆，profibus模块安装在变频器的正面，通过rs-485串行接口与变频器进行通讯。
可编程控制器(plc)通过profibus-dp总线读出控制数字和模拟量的输入，控制数字和模拟量的输出，实现对变频器的远程控制，profibus模块采用外接的24v电源供电，这样，当电源从变频器上卸掉时，profibus-dp总线仍是激活的。通讯电缆的屏蔽层必须与电缆插头及插座的外壳相连。
上述控制系统本厂已有多种型号的悬臂式斗轮堆取料机被采用，如:淮钢集团原料场，马钢集团原料场并已投产运行2年以上，实践证明该系统运行可靠、稳定，消除了臂架回转取料过程中的“月牙损失”，实现了臂架回转控制系统按1/cosφ函数曲线自动无级调速。并且plc通过profibus-dp总线组成的回转变频器控制系统，实现了plc对变频器的无触点控制，该系统响应快，取代了传统布线方式，节省了设备安装时间及电缆布线费用。
4 结束语
由可编程控制器(plc)、migromastern 440变频器、profibus模板、omron增量式光电编码器、profibus-dp现场通讯总线及执行机构组成调速系统，对悬臂式斗轮堆取料机臂架回转控制系统进行1/cosφ函数曲线自动无级调速，控制系统运行可靠、稳定，消除了取料过程中的“月牙损失”，使生产率保持恒定。
本文关键字：机构 设计参考，变频技术 - 设计参考
