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【關鍵詞】 斗輪堆取料機 斗輪機構 電氣控制
斗輪堆取料機是一種廣泛應用于鋼廠、電廠、港口、碼頭等地的大型散料連續輸送機械,用于物料(礦石、煤、焦碳、砂石)的堆取[1]。斗輪機構是整個機器的核心部件,其穩定性直接影響機器的安全可靠性。本文分析了目前斗輪機構電氣控制方法,發現其在使用的過程中的不足,對其進行了改進。
1 斗輪機構傳統電氣控制方法
斗輪機構驅動方式一般有兩種:液壓馬達-斗輪軸,液壓馬達驅動成本高,應用較少,大部分斗輪機構采用電機驅動;電機驅動方式的組成為:電機液力耦合器減速器斗輪驅動軸斗輪機構。驅動的時候直接控制驅動電機,目前斗輪機構工作的時候只能一個方向轉動,不能反轉。斗輪堆取料機工作是依靠斗輪機構的旋轉挖取堆放于料場的物料,物料通過前臂架皮帶機運輸到料斗系統,最終到達底面皮帶輸送系統,通過底面皮帶輸送系統到達物料處理系統。由于多方面的原因料場的料堆形狀是不規則的,斗輪機構取料到形狀不規則處時,斗輪機構的整個斗子會嵌入料堆里面。這時候操作是先停大車,前臂架水平運動將斗輪機構從料堆里面帶出。由于斗輪機構的一個斗子完全嵌入料堆里面,由于斗子嵌入不規則形狀物料太深,當斗子從料堆取出的時候,前臂架變形很大,前臂架振動厲害,影響機器的使用壽命,并且料堆可能塌陷。
2 斗輪機構新的電氣控制方法
從上面的分析可以看出,目前斗輪堆取料機的的斗輪機構由于不能反轉,對斗輪機構的正常使用和壽命造成影響。為此在電器控制系統設計的時候,在原有電路的基礎上,增加一個交流接觸器KM2,以實現斗輪電機的正反轉,如圖1所示。在斗子嵌入形狀不規則的料堆的時候,先停大車,斗輪機構反轉,前臂架水平運動將斗輪機構從料堆里面帶出,這樣降低前臂架的變形及振動,也可避免料堆的塌陷。
3 結語
對斗輪堆取料機的斗輪驅動電氣控制部分進行了分析,使斗輪堆取料機得斗輪機構可以正反轉,從而解決了取料時由于料堆形狀不規則斗輪嵌入料堆而前臂架需要水平移動帶來的振動及對機器結構件造成的損壞。
參考文獻:
[1]萬正喜.斗輪堆取料機行走機構力學性能分析及結構優化[D]中南大學碩士論文,2011.
關鍵詞:挖泥船;泥泵離合器;智能控制;診斷
中圖分類號:U664.5 文獻標識碼:A
1 前言
隨著國內經濟的飛速發展,挖泥船的應用越來越廣泛,挖泥船大量用于河道疏通、挖沙清淤、吹填造地、筑路等,且隨著工程需要,通過泥泵離合器智能控制系統控制本地泥泵執行機構,實現挖泥、吹泥等不同的工況。現在大多數耙吸式挖泥船多采用主機“一拖三模式”,采用雙速比齒輪箱驅動泥泵,然后通過泥泵離合器智能控制系統操作合排,使主機驅動泥泵,進而實現多工況操作,本文就是針對這種雙速比齒輪箱離合器研究開發出的一套智能控制系統,該系統將獲取的狀態信號進行采點、運算、診斷后執行對泥泵的控制,該智能控制系統不但能很好的控制高低速檔合排、脫排,而且對合排過程中出現的故障能進行識別,并自行在診斷界面彈出故障點,能對離合器狀態實時監控,此外在合排前后能配合功率管理系統實施功率管理。
2 智能控制系統的設計研究
2.1 控制對象
泥泵離合器是耙吸式挖泥船泥泵傳動的中間連接核心部件,其結構如圖1所示。泥泵通過主機,以離合器為紐帶,通過控制驅動離合器合排使得泥泵實現轉速輸出。本文把離合器作為控制對象設計開發出一套智能控制系統,實現泥泵高、低速不同轉速切換輸出。
2.2 系統構成
根據系統的結構和控制不同特點,離合器控制系統可分氣壓系統和電氣系統兩大部分構成。
2.2.1 氣壓系統
氣壓控制是對離合器上的進氣通路進行控制以響應相應高速檔或低速檔氣路通斷的操作,系統由濾器、壓力表、恒壓器、蓄能器、壓力開關、電磁閥組件、消音器等組成,如圖2為氣壓控制系統的工作原理圖。其中,壓力表示氣源壓力,濾器是將空氣中的雜質過濾掉,通過減壓閥把壓力調到工作值,有一個安全閥保證氣源壓力不要過高,同時通過一個壓力檢測裝置監測低于工作壓力值時報警,按下合排按鈕后控制空氣通過兩位兩通閥和兩位三通閥和節流閥后進入蓄能器瓶,其中壓力監測裝置監測高速合排時壓力,壓力監測裝置監測低速合排時壓力,當滿足高速合排壓力或者低速合排壓力后,分別操作高速合排按鈕和低速合排按鈕進行合排操作,當有應急情況時,按下應急停止按鈕控制兩位兩通閥泄放控制空氣,離合器自動脫排。
2.2.2 電氣系統
該電氣系統通過采集功率管理系統、PCU主機推進系統、主機系統、液壓PLC系統、MIMIC系統、泥泵離合器系統、泥泵齒輪箱系統、泥泵系統、AMS全船報警系統等各系統發出的信號來獲得整個離合器的工作狀態,如圖3為電氣系統框圖。在對各個狀態做出判定后,可操作相應的離合器動作。電氣控制系統設計為三處控制模式,即可在機艙-離合器箱機旁控制,又可在集控室控制,也可在駕駛室-疏浚臺遠程遙控控制。離合器電氣系統為了確保可靠性,有DC24V及AC220V電路,控制系統的電源均為UPS電源,保障系統在主配電板失電情況下依然能保持工作及監視狀態,離合器系統信號均被采集到泥泵控制系統PLC柜,供全船的監控系統使用,此外系統還具有各種信號的報警功能,包括離合器電源故障、離合器主空氣壓力低、離合器控制空氣壓力低、離合器堵塞、離合器滑差、離合器緊急停止、離合器裝置故障等。
2.3 軟件系統
系統控制軟件是整個智能控制系統的控制神經中樞,是系統的重要組成部分,根據不同船型選用合適的PLC控制模塊作為控制單元,并能與上位機構成復雜的控制系統,離合器的合排/脫排聯鎖由泥泵控制系統PLC執行,泥泵離合器智能控制系統服務器方將各個系統信號采集處理后傳送到泥泵PLC柜控制中樞的客戶方,客戶可在SCADA界面監測到整個系統狀態圖,進而進行操作。
2.3.1 系統設計的安全性-診斷保護
為了確保整個“一拖三”泥泵離合器智能控制系統的安全性,避免誤操作引起離合器及相關設備損壞,在實際設計中采用多信號互相聯鎖診斷控制,只有在滿足條件情況下方能操作離合器高低速檔合排,只要有脫排操作條件,離合器將合排不成功。
2.3.2 系統高低速合排操作執行
智能控制系統對離合器的控制過程就是采集各系統發出的信號進行邏輯運算與判斷,再根據不同工況來控制各個電磁閥的得電與失電,實現高速檔或低速檔氣路的通與斷,從而充氣泥泵氣胎離合器,推動泥泵齒輪箱和主機連接共同運動,完成輸出泥泵轉速的過程。當離合器合排條件吻合后,按下“低速”合排按鈕,低速比離合器將合上;按下“高速”合排按鈕,離合器高速檔將合上。
3 應用情況
廣州文沖船廠為上海航道局建造的科技含量非常高的萬方大型耙吸式挖泥船 “新海牛”、“新海馬”,分別于2009年11月、2010年2月交付使用,而后同類型挖泥船“新海虎4”、“新海虎5”也分別于2011年9月、2011年12月交付使用。該4艘挖泥船參加了長江口深水航道治理、唐山曹妃甸、天津臨港工業區等重點工程項目建設,并成功進入美洲等海外地區,4艘挖泥船均采用了本文所述的泥泵離合器智能控制系統,該系統性能安全穩定,施工可靠,操作和診斷方便,達到了國際同類產品的先進水平,船東對此智能控制系統及診斷流程十分滿意。
該系統具有如下特點:模塊化設計;采用PLC程序;控制箱采用可靠的UPS電源,保障斷電情況下泥泵離合器不會脫排導致泥漿罐在泥管里;具有多處控制操作功能,可在本地機旁控制、集控室控制、駕駛室控制;系統具有簡單友善的診斷界面,減少工作人員故障診斷反應和處理時間等,大大提高了設備使用的安全性,減少工作人員勞動強度。
4 結論
隨著船舶自動化程度越來越高和設備的增加,原有的控制系統設計已滿足不了設備的兼容性和存在安全漏洞,為有效的減少設備操作流程,減輕施工人員工作量及提高系統安全性,我們研制了本文所述的離合器智能控制系統,它很好的適應了目前耙吸式挖泥船雙速泥泵齒輪箱的特點,既具有高、低速合排診斷功能,又有泥泵在單泵高檔、單泵低檔、雙泵高低檔串并聯控制診斷功能,并給疏浚臺操作人員提供簡潔的可視化信息界面和故障處理信息界面,由于簡化了施工和故障診斷操作,勞動效率大大提高,進而縮短了施工項目完成時間,為船東產生了巨大效益,同時也產生了巨大的社會效益。
參考文獻
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【關鍵詞】電量監控 智能控制 溫度傳感器 震動傳感器
高等教育是我國教育系統的重要組成,高校則是我國提高科研水平的重要場所。隨著我國高等教育事業的快速發展,我國高校的占地面積增長迅速。目前,高校是區域內電力資源的占有和消耗大戶,電費支出在辦公成本支出中一直占較大的比例,隨著全國各個高校規模的不斷擴大,在校生人數大幅度增加,圖書館、教學樓、辦公樓和學生宿舍等與學生學習、生活密切相關的配套設施也迅速擴張。對于這些關鍵建筑,采用傳統的電氣控制系統不僅造成資源的大量消耗,也致使高校的管理運營成本大幅度增加,高校的財政不堪重負。本論文旨在高校普遍采用的電氣系統上,初步建立一套適合高校的電氣智能控制系統,為校園節能管理和綠色校園的建設提供一種新途徑。
1 高校樓宇電氣智能控制系統原理
電力是高校校園內的主要能源種類,用于各類功能建筑的照明、動力、教學、生活等設施。高校電氣智能控制系統的核心是能源自動化監控和管理,由能源監管中心、遠程傳輸網絡、現場控制網絡、三相/單相電力監控終端、網關、傳感器、定時器、智能化計量儀表、能源監管系統軟件等組成。
2 高校樓宇電氣智能控制系統設計
在校園里,圖書館、實驗室、教學樓和學生宿舍是電力供應的重點區域。目前數字化校園已在全國的高校推廣。利用數字化校園網絡建立校園能源自動化監管系統,既可以省去網絡的拓撲費用,也可以使能源監管和數字化校園結合起來,統一管理。
校園能源自動化監管系統的核心是能源監管中心,通過數字化校園的局域網系統將現場控制器、傳感器、監視器、三相/單相電力智能終端等設備整合起來。
2.1 系統結構設計
系統結構示意圖見圖1,系統結構特點為:
(1)圖書館、教室等公共區域的照明控制系統與監管中心聯動,通過紅外線感應系統,實現無人時自動關閉,也可切換成監管中心或現場手動控制,每個控制器的開閉情況都能在監管中心的數字化管理平臺上顯示出來。
(2)分體、中央空調系統通過溫度感應和紅外感應系統與監管中心連接,實現每個房間、每個封口的單獨控制和無人關斷,每個房間的溫度、空調的運轉情況都能夠通過監管軟件查詢。
(3)校園供水系統增加變頻控制設備,并通過數字化校園網絡連接至監管中心。
(4)對學生宿舍區更換成智能計量電表,并連接至監管中心,實現分室供電計量、負載限制、定時斷電、短路、過流保護、故障報警、數據分析、數據保護計費等功能。
2.2 控制器的設計
控制器中采用DDSI1129型單相或三相智能控制器,可完成用電系統的電壓和電流采集、智能調節、數據實時返回、數據同步等控制;監測器采用紅外線人員檢測器,可完成有人員動作時可手動控制,無人員動作時自動關斷。為增強系統運行的可靠性和安全性,系統中的控制器和監測器都具備數據實時回傳功能,保證系統運行參數不會因斷電而丟失。
對于室外照明系統,設置室外照度計,能源監管中心自動讀取室外照度計的照度值,當照度低于系統設定的照度值時,系統自動開啟外場照明等,而不管定時開啟時間是否到。這種控制方式適用于天氣突變時,監控工作站檢測到照度低于設定值時,自動發出照明開啟命令至照明監控終端,開啟照明設備。
3 智能控制系統應用效果
某高校針對圖書館、教學樓和公共照明系統進行了電氣智能控制系統改造,針對照明回路、空調回路增加控制器、監測器、溫度傳感器和室外照度計等,能源監測管理軟件使用成熟產品,全部改造成本約為150萬元與2013年底完成。
2013年該高校月平均總用電量為352萬度,圖書館、教學樓和公共照明系統月平均用電量為212萬度;改造完成后,經過三個月的試運行,月平均總用電量降低至331萬度,圖書館、教學樓和公共照明系統月平均用電量降至175萬度,節省電費33.3萬元,節電效果明顯。
4 結論
通過實測得到,該系統在保證正常用電需求的前提下,可節約能源17%,且該系統具有強大的網絡監測功能,不僅能夠實現監管中心對總體用電情況的全面掌握,提高用電質量,保證用電安全,又能夠降低能源消耗。
通過高校樓宇電氣智能控制系統幫助高校削減能源消費,避免能源浪費,提高能源利用效率,實現校園建筑設施的用能成本核算,完善用能收費體制和制度建設,是建設綠色校園的重要推手。
參考文獻
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關鍵詞:藥品包裝機 袋成型 PLC FX2
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)07(b)-0063-02
1 研究背景
我國的經濟在持續的發展,同樣,人們對健康的要求也逐漸提高,藥品的生產和制造為人們的健康做了很大貢獻,我國已成為世界十大醫藥生產國和原料出口國之一。從實際情況上來說,對于醫藥相關類產品的包裝,我國的水平還落后于發達國家,最早的藥品的生產和包裝是靠手工,手工業從勞動強度和速度上都有很大的缺陷,進而影響產品的質量,從而使效益也變差。后來,用一些設備代替了一部分手工業,這樣也加快了效率。以前的設備控制主要是采用繼電器系統,繼電器中的時間繼電器、速度繼電器也使控制實現多樣化。但是復雜的控制和適應產品的多樣化控制再采用繼電器系統會有很大的弊端,如接線復雜、改進小問題需要較大改進控制系統的邏輯,所以找到能實現繼電器系統的控制,又能使接線簡單,改進方便的系統成為各大領域急需解決的問題。可編程序控制器的出現使這一問題變得簡單,用CPU、存儲器、輸入輸出模塊組成了一個控制器,向存儲器編寫程序,由CPU計算,進而實現控制,是這一控制機的最大特點。自動藥品包裝機的控制系統采用PLC控制,既可以控制整個生產線對藥品進行包裝,又能根據產品要求隨時調整生產方式。
2 袋成型自動藥品包裝機的機械結構以及工作原理
袋成型自動藥品包裝機結構包括用于塑化材料的加熱器、用于壓制的卡盤、用于檢測包裝位置的傳感器。傳感器主要是采用光電傳感器,當產品是滿裝的狀態,光電傳感器會根據發射光和反射光的數據判斷包裝是否填滿。如反射率高,說明包裝未填充滿藥品;如反射率低,則說明藥品是滿的。使包裝進行密封是通過具有加熱裝置的夾盤,當傳感器檢測到藥品盒裝滿以后,加熱盤將加熱,達到塑封溫度,進行動作,通知包裝機進行包裝。整一個一套藥品包裝好后,用傳送帶將產品運走。12個組為一套,完成交工后,一套藥品由拉膜機構塑封,打捆成型。在打捆中,涉及到速度的參數、時間的參數。由此,一整套系統完成生產線的操作涉及到個數、時間、速度的控制。針對以上要求,選用的三菱FX2N38M的PLC,對應輸入輸出接口上連接輸入設備,如啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕等,在輸出接口上連接制袋裝置、計數裝置、剪切裝置、縫合裝置等,實現一整套過程。一臺設備上自動完成制袋成型、計量充填、封合剪切等全過程的自動包裝設備。該機主要由計量裝置、拉膜機構、縱封機構、橫封機構、糾偏機構等組成。機構袋成型藥品自動包裝機整機運行時,拉膜電機啟動,通過傳動機構帶動拉膜帶恒速連續運行,拉膜帶的速度可以按照包裝速度設定值自動調整。整個設計總共分為兩步,第一部按照要求,連接輸入和輸出設備,列出輸入輸出分配表,第二部根據要求設計程序。
3 PLC輸入輸出點分配
I/O點分配如表1所示。
控制系統的主程序如圖1所示。
4 結語
此論文完成了電氣控制系統硬件和軟件的設計工作,可以實現手動、回原點、單步、單周期、連續各種工作方式的切換,能夠按照預期的目標正常地運行。程序設計時結構清晰,易于檢查和修改,而且為以后軟件的維護和改進提供了方便。對系統的可靠性進行了充分考慮,加入了各種的保護措施,盡量消除了各種可能的事故隱患。
PLC非常有利于小型自動化系統的實現,用PLC作為下位機實現現場的信號輸入和實時控制,是執行可靠,而且有效地實現了分散控制。
參考文獻
2016年6月2日,中國正式成為《華盛頓協議》成員國,這將對中國工程教育質量的提高發揮極大的督促作用,促進中國按照國際標準培養工程師,提高工程技術人才的培養質量[1]。國際上廣泛應用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學聯合研究提出的[2]。它主要由構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)四部分組成,目的是通過產品研發到產品運行整個過程的鍛煉培養學生理論聯系實際的能力[3]。按照CDIO的培養模式,工程畢業生的能力被分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層次,并通過12條標準來衡量學生的培養質量,這與中國工程教育專業認證的12條標準有異曲同工之處。
我校機械電子工程專業目前雖然已經制定了較合理的專業培養目標和培養方案,培養了結構合理的師資隊伍,形成了較好的理論和實踐教學模式,但是與CDIO工程教育標準的要求相比,在培養方案、教學體系、教師隊伍建設及教學效果評價機制等方面,仍然存在一定的差距。現有機電專業課程體系存在專業特色不明顯、不同課程之間存在重復或相互沖突的地方等缺點,因此要依據CDIO工程教育理念,借助校企合作平臺,全面地進行機電專業人才培養模式的探討,建立符合CDIO工程教育標準的機械電子工程專業實踐教學體系。
1.我校機械電子工程專業課程體系情況
目前的專業培養方案里包括的核心課程為:機械制圖、理論力學、材料力學、模擬電子技術、數字電子技術、C語言程序設計、單片機原理及應用、自動控制原理、機電傳動控制、傳感技術、機械原理、機械設計、機械工程測試技術、機電一體化系統設計、互換性、工程材料等;主要實踐環節為:社會實踐調查、金工實習、電子電路實訓、工程制圖實踐、創新實踐、生產實習、畢業實習、畢業設計(論文)、PLC與組態技術綜合實驗、測試技術與傳感器綜合實驗、單片機綜合實驗、自動化生產線認知實踐、機械設計基礎課程設計和機電專業綜合課程設計等。
2.CDIO模式下的機電專業教學體系
根據CDIO工程教育標準的要求和我校辦學特色,為適應煤炭行業和地方經濟對機電專業高級技術人才的需求,結合重實踐、重創新的培養目標設計新的課程體系。廣泛吸取企業專家建議,深入探討和修訂機電專業課程體系,強化實踐環節,構建國際化的課程體系和教學模式,從而保證面向工程的課程體系能夠培養學生的實踐能力與創新思維。依據CDIO工程教育理念,選擇典型的工程實踐項目,采取“做中學”的方式,通過在項目中反復訓練鍛煉學生自主學習的能力,這樣不僅可以促進學生對基礎知識的掌握,還可以提高學生解決工程實踐問題的能力,從而使學生綜合素質和能力能達到CDIO標準的要求,增強人才培養對企業的適應性[4]。近年來,主要通過以下措施進行教學體系的改革:
(1)基于CDIO的工程教育理念,構建了“一個核心、兩個方向、四個階段”的工程教學體系。
“一個核心”是以礦業領域的機電一體化系統設計、研發為主,覆蓋了多學科交叉領域,主要涉及機械設計、機械傳動、機械制造、機電傳動控制、PLC、單片機、控制工程、機電一體化系統設計等多種技術;“兩個方向”是指機械設計與制造、電氣控制系統,選修課中增添“煤礦機電設備”、“工業控制網絡與現場總線技術”等課程;“四個階段”是指根據CDIO理念的構思、設計、實現、運行四階段指導,學生要經歷認知實習、基礎課程實驗、專業課程設計與綜合實驗及畢業設計、創新大賽等綜合實訓,才能更好地掌握本專業的工程應用技術。從第三學期開始,每學期均安排工程實踐環節,按照核心知識點和要求來設定每個工程實踐項目,在課程設計與畢業設計過程中企業參與。
(2)依托產學研合作背景,通過專業綜合實訓和企業頂崗實習等環節提高學生工程實踐能力。
我校機械工程學院已經建立了電子創新設計實驗室、慧魚模型創新設計實驗室、機電控制技術實驗室、虛擬儀器綜合實驗室、動態測試技術實驗室等實踐創新平臺,與淮南礦業集團、皖北煤電集團、淮南萬泰電子股份有限公司、淮南潤成科技股份有限公司、平安開誠智能安全裝備有限責任公司、凱盛重工有限公司、淮南階梯電子科技有限公司等開展了長期的產學研合作,從而可以保證給學生提供校內、外實踐實習基地。通過單片機和PLC綜合實驗、課程設計、畢業設計、實訓檢驗學生電工電路、單片機、PLC綜合開發的能力,往往借助典型機電案例(如斜井跑車防護裝置、皮帶機集控系統、立井提升系統過卷過放保護系統等),讓學生經歷“構思—設計—實現—運行”四階段的完整實訓。與此同時,讓學生積極深入到到校企合作的實習基地中,在相關機電系統中頂崗鍛煉,進一步提高學生的理論聯系實踐的能力,縮短學生個人能力與企業要求的差距。
(3)通過創新團隊建設、學科競賽和大學生科研項目培養學生工程實踐創新能力。
為進一步拓展學生科技創新能力,借助學院設置的創新團隊、學科競賽活動、大學生科研項目的平臺,在日常的教學管理中,融入緊密聯系工程實際的大學生課外科技創新能力培養模式,鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新大賽”、“全國大學生機器人大賽”、“全國大學生電子設計競賽”、“全國大學生節能減排大賽”等各種賽事,鼓勵學生撰寫學術論文和申請專利。
3.結語
CDIO工程教育模式與中國工程教育專業認證的標準是高度統一的,只有堅持以CDIO工程教育模式為指導,依據校企合作背景,不斷創新改革機電專業的課程教學模式,才能進一步提高學生的工程實踐應用能力,為國家和企業培養出能在機電行業及相關領域從事機電一體化產品和系統的設計制造、研究開發、工程應用和運行管理工作的復合型工程技術人才,達到國際標準的要求。