CN103062157A

CN103062157A - 堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法及系统

Info

Publication number: CN103062157A
Application number: CN2012102802652A
Authority: CN
Inventors: 孙建福; 路军; 吴益军
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd; Nanjing Meishan Metallurgy Development Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd; Nanjing Meishan Metallurgy Development Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN103062157B

Abstract

本发明公开了一种堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法及系统，巧妙地利用俯仰机构工作负载的特点，能够根据每一部堆取料机负载特性设置极限的负载参数，在测量值超过极限时进行警报提示，从而实现系统的预警。本发明包括：在PLC控制器中预先人工设定本安全预警系统连接的工作油缸的各项参数，所述参数包括油缸活塞直径、活塞杆直径和油缸输出载荷上、下限报警域值；油缸测压装置检测到工作油缸的两个工作腔的压力信号，所述压力信号传送至PLC控制器中；PLC控制器计算出油缸的输出载荷；PLC控制器根据预先设定的油缸输出载荷上、下限报警域值进行警报提示。

Description

堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法及系统

技术领域

本发明涉及流体传动及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种采用流体传动的堆取料机俯仰机构的安全预警系统以及基于该系统的控制方法。

背景技术

臂式斗轮堆取料机是一种大型高效堆取料设备。利用斗轮连续取料，用机上的带式输送机连续堆料的有轨式装卸机械。它是散状物料（散料）储料场内的专用机械，可与卸车（船）机、带式输送机、装船（车）机组成储料场运输机械化系统。臂架型斗轮堆取料机由斗轮机构、回转机构、带式输送机、尾车、俯仰与运行机构组成。它具有堆取料能力大，料场占地面积小，操作方便，实现自动控制等优点而被工业部门广泛使用。臂式斗轮堆取料机的俯仰机构有机械和液压两种型式。后者具有体积小，结构简单，维修量小，工作可靠等优点而被广泛采用。

堆取料机有堆料和取料两种作业方式。堆料由带式输送机运来的散料经尾车卸至臂架上的带式输送机，从臂架前端抛卸至料场。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状。取料是通过臂架回转和斗轮旋转连续实现的。物料经卸料板卸至反向运行的臂架带式输送机上，再经机器中心处下面的漏斗卸至料场带式输送机运走。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰，可使斗轮将储料堆的物料取尽。臂式斗轮堆取料机俯仰机构的作用是支承斗轮和臂架的重量，并能改变斗轮的高度，使斗轮及前臂架可以在不同高度上堆料和取料。随着斗轮及前臂架高度的变化，堆取料机上部机构的也会发生偏移，因此它的工作安全可靠性非常重要，一旦发生臂架坠落事故，会造成斗轮堆取料机严重破坏的安全事故。

在堆取料机的日常生产过程中，还有一种现象，就是因为斗轮及前臂架处积料严重或遇到额外不明的阻力时，会出现俯仰机构不动作故障，如果强行违章作业，也会造成堆取料机严重破坏的安全事故。

现有堆取料机的俯仰机构如图1所示，两套液压油缸（也有采用单套液压油缸工作）4分别通过铰轴安置在堆取料机回转机构的基座11上，液压油缸4的活塞杆端部分别与俯仰机构的立柱12、前臂架13连接，在液压油缸4作用下，俯仰机构的立柱12、前臂架13可实现角度的变化定位。

上述现有堆取料机俯仰机构在日常使用中存在的问题是：1、由于控制俯仰机构到位的保护信号是由现场的限位开关发出，往往开关现场安装位置的工况较差，经常有矿石、煤炭粉尘坠落，加之露天日晒雨淋，因此常常造成限位开关的损坏或发出误信号等故障，尤其是俯仰机构工作超出行程而限位开关却不能准确发出信号时，容易出现安全事故。2、俯仰机构的负载增大不能动作时，不能及时发现和排除，从而造成正常的生产流程中断。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明公开了一种堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法及系统，巧妙地利用俯仰机构工作负载的特点：当悬臂上升到极限位置时，回转机构的上部钢结构重心向配重方向偏移，这时液压油缸的输出载荷趋向于零；俯仰机构工作下降到极限位置时，负载最大。本发明能够根据每一部堆取料机负载特性设置极限的负载参数，在测量值超过极限时进行警报提示，从而实现系统的预警。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法，包括如下步骤：

（1）在PLC控制器中预先人工设定本安全预警系统连接的工作油缸的各项参数，所述参数包括油缸活塞直径、活塞杆直径和油缸输出载荷上、下限报警域值；

（2）油缸测压装置检测到工作油缸的两个工作腔的压力信号，所述压力信号传送至PLC控制器中；

（3） PLC控制器计算出油缸的输出载荷，具体计算公式如下：

F=n*P*A= n*〔P_无*πD2/4－P_有*π（D2-d2）/4〕

上式中各参数定义如下：F－油缸输出载荷（单位：N）；P_无－油缸无杆腔工作压力（单位：Pa）；P_有－油缸有杆腔工作压力（单位：Pa）；D－油缸活塞直径（单位mm）；d－活塞杆直径（单位mm）；n－液压油缸个数；

（4） PLC控制器根据预先设定的油缸输出载荷上、下限报警域值进行警报提示。

更进一步地，步骤（4）的警报提示方法具体为：当油缸输出载荷大于预先设定的上限值时，PLC控制器发出报警信号显示油缸负荷过大；当油缸输出载荷低于下限值时，PLC控制器发出报警信号并且马上停止油缸动作。

作为堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法的一种优选方案，步骤（3）中计算油缸的输出载荷的过程还包括，减去液压油缸的启动压力，所述启动压力在PLC控制器中预先进行人工设定。

作为堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法的一种优选方案，PLC控制器上用历史趋势图来显示油缸输出载荷的变化趋势。

一种堆取料机俯仰机构的安全预警系统，包括俯仰机构控制电路，所述俯仰机构控制电路包括通过管路依次连接的电磁换向阀、第一单向节流阀、液控单向阀、液压油缸、第二单向节流阀，还包括分别设置在工作油缸两个工作腔中的油缸测压装置，以及与油缸测压装置连接的PLC控制器，所述PLC控制器还与工作油缸相连以控制工作油缸的工作状态。

更进一步地，所述俯仰机构控制电路中还包括压力泵，所述压力泵与电磁换向阀相连。

更进一步地，所述工作油缸的两个工作腔分别为有杆腔和无杆腔，一个油缸测压装置与有杆腔相连，另一个油缸测压装置与无杆腔相连。

更进一步地，工作油缸至少为两个，每个工作油缸的两个工作腔中，分别设置有油缸测压装置，各工作油缸之间彼此并联。

作为堆取料机俯仰机构的安全预警系统的优选方案，所述PLC控制器旁设置紧急按钮，所述紧急按钮与工作油缸相连。

作为堆取料机俯仰机构的安全预警系统的优选方案，所述油缸测压装置包括压力传感器和压力变送器。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优点和有益效果。

1. 实现了堆取料机俯仰机构的安全预警，从根本上解决目前堆取料机俯仰机构工作时安全监控技术问题，大大增加了生产过程中的安全性和可靠性。

2. 快速实现设备过载故障的判断，在计算机控制画面中，油缸工作负载用状态图的形式直观的显示其变化趋势，并且采用数值显示，设置过载荷、超工作角度范围报警，也可自动停止堆、取料作业，使得交换机操作人员及时了解堆取料机俯仰机构的工作载荷状态信息，实现堆取料机俯仰机构的安全预警功能，便于尽早采取必要的干预措施，保障料机的工作安全。

3. 将俯仰机构的工作载荷记录在计算机里，保存下来，并做成趋势图显示，为以后的设备状况分析提供重要的依据和帮助。

附图说明

图1为堆取料机的俯仰机构结构示意图。

图2为堆取料机俯仰机构的安全预警系统电路结构示意图。

图3为堆取料机俯仰机构的安全预警系统控制方法的流程图。

附图标记列表：

1-电磁换向阀，2-第一单向节流阀，3-液控单向阀，4-液压油缸，41-有杆腔，42-无杆腔，5-第二单向节流阀，6-油缸测压装置，7- PLC控制器，8-压力泵，11-基座，12-立柱，13-前臂架。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图2所示的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，包括俯仰机构控制电路，所述俯仰机构控制电路包括通过管路依次连接的电磁换向阀1、第一单向节流阀2、液控单向阀3、液压油缸4、第二单向节流阀5，还包括分别设置在工作油缸4两个工作腔中的油缸测压装置6，以及与油缸测压装置6连接的PLC控制器7，所述PLC控制器7还与工作油缸4相连以控制工作油缸4的工作状态。工作油缸4的两个工作腔分别为工作油缸的有杆腔41和无杆腔42，一个油缸测压装置与工作油缸的有杆腔41相连，另一个油缸测压装置6与工作油缸4的无杆腔42相连，由此，油缸测压装置6分别测得工作油缸4的有杆腔41和无杆腔42的压力值。

所述油缸测压装置6能够测得工作油缸两个工作腔的压力参数，并将该压力参数经过放大等处理后转换为标准信号传输至PLC控制器中，油缸测压装置6可以由市面上常见的压力传感器和压力变送器连接而成，也可以直接使用内含压力传感模块的压力变送器。

俯仰机构控制电路中还应包括压力泵8，压力泵8与电磁换向阀1相连，该压力泵8通常位于液压站内。

工作油缸4可以为一个或多个，当工作油缸4为两个以上（包括两个）时，如图2所示，每个工作油缸4的两个工作腔中，分别设置有油缸测压装置6，各工作油缸4之间彼此并联，即各工作油缸4位于不同的流体控制回路中。

俯仰机构控制电路的具体工作过程如下：

俯仰机构上升时，液压泵8工作产生压力油通过电磁换向阀1，经第一单向节流阀2，进入液压油缸4的无杆腔42，液压油缸4的活塞杆伸出后带动料机前臂梁上升，依靠液控单向阀3进行油路锁闭，从而保持前臂梁的位置不移动，以便堆取料机的作业。

俯仰机构下降时，电磁换向阀1换向，液压泵8工作产生压力油通过电磁换向阀1，经第二单向节流阀5进入液压油缸4的有杆腔41，液压油缸4的活塞杆回缩后带前臂梁向下工作。

本安全预警系统根据俯仰机构上升下降时液压油缸的输出负载进行判断，具体控制方法流程如图3所示：

（1）在PLC控制器中预先人工设定本安全预警系统连接的工作油缸的各项参数，所述参数包括油缸活塞直径、活塞杆直径和油缸输出载荷上、下限报警域值。

（2）油缸测压装置检测到工作油缸的两个工作腔的压力信号（4～20mA），该压力信号传送至PLC控制器中。

（3） PLC控制器根据油缸工作腔压力的测量值和油缸有效工作截面计算出油缸的输出载荷，具体计算公式如下：

F=n*P*A= n*〔P_无*πD2/4－P_有*π（D2-d2）/4〕

上式中各参数定义如下：F－油缸输出载荷（单位：N）；P_无－油缸无杆腔工作压力（单位：Pa）；P_有－油缸有杆腔工作压力（单位：Pa）；D－油缸活塞直径（单位mm）；d－活塞杆直径（单位mm）；n－液压油缸个数。

液压油缸一般具有启动压力，在计算中该启动压力通常被忽略不计，本系统中在对油缸输出载荷的计算中，优选考虑去除启动压力对运算结果的影响，使得运算值更为精确。具体计算过程为，将通过上述公式计算获得的油缸输出载荷再减去液压油缸的启动压力，即得出更为精确的实际输出载荷。所述液压油缸的启动压力可在PLC控制器中预先进行人工设定。

（4） PLC控制器根据预先设定的油缸输出载荷上、下限报警域值进行警报提示：

当油缸输出载荷大于预先设定的上限值（如70KN）时PLC控制器发出报警信号显示油缸负荷过大。

当油缸输出载荷低于下限值（如10KN）时,表明液压油缸外部载荷趋向于零，这表示工作油缸活塞杆如果继续伸出，会出现受拉力作用的状况，这种状况可能是由于俯仰机构的悬臂的俯仰角度超出规定的安全角度或俯仰机构的悬臂碰到料堆引起的。此时，PLC控制器发出报警信号并且马上停止油缸动作，等查明原因或故障排除后再继续工作。PLC控制器旁应优选设置紧急按钮，该紧急按钮与工作油缸的工作电路相连，出现紧急报警信号时能通过控制紧急按钮切断工作油缸的工作电路，实现紧急处理，确保堆取料机俯仰机构的工作安全。PLC控制器上可以用历史趋势图来显示油缸输出载荷的变化趋势。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在PLC控制器中预先人工设定本安全预警系统连接的工作油缸的各项参数，所述参数包括油缸活塞直径、活塞杆直径和油缸输出载荷上、下限报警域值；

油缸测压装置检测到工作油缸的两个工作腔的压力信号，所述压力信号传送至PLC控制器中；

PLC控制器计算出油缸的输出载荷，具体计算公式如下：

F=n*P*A= n*〔P_无*πD2/4－P_有*π（D2-d2）/4〕

PLC控制器根据预先设定的油缸输出载荷上、下限报警域值进行警报提示。

2.根据权利要求1所述的堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法，其特征在于：步骤（4）的警报提示方法具体为：当油缸输出载荷大于预先设定的上限值时，PLC控制器发出报警信号显示油缸负荷过大；当油缸输出载荷低于下限值时，PLC控制器发出报警信号并且马上停止油缸动作。

3.根据权利要求1或2所述的堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法，其特征在于：步骤（3）中计算油缸的输出载荷的过程还包括，减去液压油缸的启动压力，所述启动压力在PLC控制器中预先进行人工设定。

4.根据权利要求1所述的堆取料机俯仰机构的安全预警控制方法，其特征在于：PLC控制器上用历史趋势图来显示油缸输出载荷的变化趋势。

5.一种堆取料机俯仰机构的安全预警系统，包括俯仰机构控制电路，所述俯仰机构控制电路包括通过管路依次连接的电磁换向阀、第一单向节流阀、液控单向阀、液压油缸、第二单向节流阀，其特征在于：还包括分别设置在工作油缸两个工作腔中的油缸测压装置，以及与油缸测压装置连接的PLC控制器，所述PLC控制器还与工作油缸相连以控制工作油缸的工作状态。

6.根据权利要求5所述的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，其特征在于：所述俯仰机构控制电路中还包括压力泵，所述压力泵与电磁换向阀相连。

7.根据权利要求6所述的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，其特征在于：所述工作油缸的两个工作腔分别为有杆腔和无杆腔，一个油缸测压装置与有杆腔相连，另一个油缸测压装置与无杆腔相连。

8.根据权利要求5～7中任意一项所述的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，其特征在于：工作油缸至少为两个，每个工作油缸的两个工作腔中，分别设置有油缸测压装置，各工作油缸之间彼此并联。

9.根据权利要求5所述的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，其特征在于：所述PLC控制器旁设置紧急按钮，所述紧急按钮与工作油缸相连。

10.根据权利要求5所述的堆取料机俯仰机构的安全预警系统，其特征在于：所述油缸测压装置包括压力传感器和压力变送器。