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0引言

中國瀝青攪拌設(shè)備行業(yè)起步于20世紀(jì)60年代后期，在近40年的發(fā)展中涌現(xiàn)出大批的瀝青攪拌站生產(chǎn)廠家，瀝青攪拌站每小時產(chǎn)量也從初始的30t提高到320t。在瀝青攪拌站大型化的發(fā)展趨勢下，瀝青拌和站，特別是商品瀝青混合料的拌和站配置中，成品料倉是必不可少的基本組成部分。成品料倉卷揚機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是整個瀝青拌和站高效生產(chǎn)的保證，所以其維護(hù)也是整個拌和站維護(hù)工作的重中之重。

1成品料倉卷揚機控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

中國的瀝青攪拌站行業(yè)基本上是在引進(jìn)和吸收德國、英國、美國等國家的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。2000年，中國瀝青攪拌站控制系統(tǒng)的設(shè)計開始具有自主知識產(chǎn)權(quán)，歷經(jīng)數(shù)載，瀝青攪拌站控制技術(shù)至今已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。瀝青攪拌站成品料倉卷揚機系統(tǒng)可以分為運料小車的卷揚控制和運料小車的選倉定位控制。系統(tǒng)設(shè)計基本上可以概括為3種模式：電磁調(diào)速、凸輪定位系統(tǒng)；液壓卷揚機控制系統(tǒng)；變頻調(diào)速、數(shù)字定位系統(tǒng)。

2電磁調(diào)速、凸輪定位卷揚機系統(tǒng)

瀝青攪拌站發(fā)展之初產(chǎn)量一般為30-120t/h，該階段成品料倉卷揚機大多采用電磁調(diào)速、凸輪定位系統(tǒng)，這是由當(dāng)時的電力、電子控制技術(shù)發(fā)展水平?jīng)Q定的。電磁調(diào)速技術(shù)在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)，憑借結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便、價格低廉、啟動性能好、啟動力矩大、啟動平滑等優(yōu)點，被眾多瀝青攪拌站生產(chǎn)廠家采用。電磁調(diào)速配套制動系統(tǒng)采用的是電磁抱閘制動。抱閘系統(tǒng)和電機取同一電源，當(dāng)電機通電運轉(zhuǎn)時，抱閘線圈同時通電，制動抱箍松開；當(dāng)電機失電時，電磁線圈同時失電，電磁鐵靠彈簧復(fù)位，制動箍抱死傳動軸。磁鐵結(jié)合彈簧的電磁制動具有故障保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)電流故障時彈簧自動復(fù)位，卷揚機自動剎車。電磁調(diào)速電機正、反轉(zhuǎn)采用電源換相方式，由2個接觸器交替吸合實現(xiàn)。

凸輪定位是電磁調(diào)速階段采用較多的一種定位模式。

滑塊凸輪固定在螺桿上，螺桿通過鏈條與卷揚機卷筒軸連在一起，凸輪隨螺桿旋轉(zhuǎn)而移動。螺桿兩側(cè)固定行程開關(guān)。根據(jù)成品料倉結(jié)構(gòu)，不同廠家使用的行程開關(guān)個數(shù)有所區(qū)別。小車定位調(diào)試時根據(jù)小車選倉位置調(diào)節(jié)對應(yīng)倉位的行程開關(guān)和滑塊凸輪接觸。運料小車自動運行過程是：小車啟動信號發(fā)出后卷揚機馬達(dá)啟動，小車開始沿軌道上行：當(dāng)小車運行到選定倉位時，電機和電磁制動器電源斷開，小車卸料定時器開始計時，同日寸電機轉(zhuǎn)向接觸器切換到反轉(zhuǎn)；小車卸料延時時間到后，電機和制動器再次得電，小車開始下行，當(dāng)小車在下行程開關(guān)觸發(fā)后停止運行。

由于電磁卷揚機控制系統(tǒng)的剎車控制屬于機械制動，剎車片的機械磨損不可避免。在實際維護(hù)中，若剎車片間隙調(diào)小了則電機啟動阻力大，剎車片冒煙，制動剎車時有撞擊聲：剎車片間隙調(diào)大則制動時間長，剎車失靈。即使剎車間隙恰到好處，由于剎車片磨損，間隙仍會逐漸變大，剎車時間加長，需要經(jīng)常維護(hù)才能保證剎車效果。

3液壓卷揚機控制系統(tǒng)

20世紀(jì)90年代后期到21世紀(jì)初，隨著瀝青攪拌站控制系統(tǒng)大型化的設(shè)計，電磁調(diào)速系統(tǒng)的制動模式逐漸暴露其不足。大型瀝青攪拌設(shè)備每鍋產(chǎn)量由原來的1t左右逐漸提升到2-3t。由于對大噸位的提升，單純的電磁抱閘制動已經(jīng)不能滿足需要，制動時機械撞擊加劇，制動效果已經(jīng)不能適應(yīng)安全生產(chǎn)需求。此時液壓技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并開始應(yīng)用到工業(yè)和日常生活的各個領(lǐng)域，液壓卷揚機正是在這個時候推出的。液壓卷揚機系統(tǒng)主要由液壓站、卷筒和控制電路組成?；诹黧w動力學(xué)的傳動原理，通過遠(yuǎn)程電液比例伺服控制傳動在變量柱塞泵和柱塞式液壓馬達(dá)之間進(jìn)行。

液壓站包含卷揚回路和制動回路。卷揚回路用于將電機動力轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能并傳送給馬達(dá)，驅(qū)動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)；制動回路提供控制制動器開啟、閉合的液壓油壓，還并聯(lián)應(yīng)急的手動放車裝置。2個回路的協(xié)調(diào)靠壓力繼電器的動作來完成。在液壓站中，泵和馬達(dá)是動力執(zhí)行主體，方向控制閥和流量控制閥決定卷揚機的運行狀態(tài)和卷揚速度。

電液比例伺服技術(shù)是液壓站技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵部分，是一種將微小電信號比例轉(zhuǎn)換為大的液壓功率輸出的電液轉(zhuǎn)換技術(shù)。瀝青攪拌設(shè)備的液壓站中電液比例的控制是由電液比例控制器設(shè)定的。通過電液比例控制器給2個比例電磁閥輸出電流，后者分別在小車上行和下行時控制液壓回路輸出合適的流量，從而達(dá)到控制小車速度的目的。當(dāng)比例閥有大于死區(qū)值的電流通過時，在液壓回路中由壓力繼電器感應(yīng)壓力信號轉(zhuǎn)化成接點信號后，在電路中控制制動轉(zhuǎn)向閥的動作，選擇開啟或閉合液壓制動器?？赏ㄟ^調(diào)整積分時間調(diào)整小車加減速時間和制動切換時間。

在液壓卷揚機控制系統(tǒng)中，小車行程由行程開關(guān)和電磁接近開關(guān)控制，開關(guān)安裝在小車運行軌道上。行程開關(guān)一般選用凸輪接觸式開關(guān)，多用作極限限位；電磁接近開關(guān)為非接觸式感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)小車車體經(jīng)過時，接近開關(guān)感應(yīng)裝置動作。非接觸感應(yīng)開關(guān)的應(yīng)用是在軌道上運行的小車定位控制的一種有效方案。

液壓卷揚機控制系統(tǒng)采用機電液一體化技術(shù)，傳動出力大、速度慣性小、響應(yīng)快。但由于主液壓站系統(tǒng)設(shè)計較復(fù)雜，參與控制信號多（如油壓、油溫），因此維護(hù)工作量大、技術(shù)要求高。由于筑路行業(yè)施工管理較為特殊，所以在人員配備、培訓(xùn)等方面存在一定限制，于是用戶對成品料倉卷揚機控制系統(tǒng)又提出了更高的使用要求，其中最突出的就是卷揚機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和免維護(hù)。

4變頻卷揚機控制系統(tǒng)

到了21世紀(jì)，變頻傳動技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展已日漸成熟，并因其獨有的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。變頻技術(shù)在瀝青攪拌站卷揚機控制系統(tǒng)的應(yīng)用自2000年開始，并于2004年逐漸普及，目前國內(nèi)瀝青拌和站廠家3000型以上設(shè)備大多采用變頻器控制卷揚機。變頻器控制卷揚機系統(tǒng)組成分別由變頻器控制系統(tǒng)、卷筒和控制電路組成。

4.1變頻器選型

現(xiàn)有大、中型瀝青拌和站成品料倉卷揚機控制變頻器功率都在55kW以上，設(shè)計選型大都采用國外知名品牌，如西門子、SEW等。隨著變頻器技術(shù)的成熟，臺灣以及中國大陸很多廠家的變頻器也開始在大功率驅(qū)動應(yīng)用中嶄露頭角。不論選用國外還是國內(nèi)變頻器，其選型標(biāo)準(zhǔn)不外乎以下幾條。

(1)具有多種防護(hù)措施，安全等級、運行可靠性高。

(2)能夠檢測電網(wǎng)、負(fù)載電壓。當(dāng)電壓異常時有報警指示，系統(tǒng)能自動停止運行。

(3)能夠確定電機轉(zhuǎn)矩提升、制動電壓、原始電阻等參數(shù)，有效地拖動電機及對電機實施保護(hù)。

(4)具有溫度、電流等電機運行參數(shù)的檢測功能。電機長時間低速運行時溫升很快，系統(tǒng)可以提前對危險值發(fā)出預(yù)警并自動停止運行。當(dāng)電機過流、相間短路、缺相或?qū)Φ貢r系統(tǒng)自動停止運行。

(5)當(dāng)小車超載時變頻器報警提示，并自動停止系統(tǒng)。

隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器的設(shè)計更加智能化和集成化，開始具有通訊和計算功能，為變頻卷揚機的控制提供了更廣泛的思路。

4.2變頻卷揚機的行程控制

采用變頻器控制的卷揚機系統(tǒng)的行程控制方式有2種：一種是行程開關(guān)控制模式，即液壓卷揚機所采用的行程控制模式；另一種是數(shù)字定位模式，即編碼器計數(shù)定位。這里將詳細(xì)介紹編碼器定位模式。

編碼器是一種位移檢測傳感器，可分為增量型和絕對值型，在成品料倉卷揚機定位控制中均有應(yīng)用。具有獨立PLC定位功能的卷揚機控制所采用的一般是增量編碼器，而有的變頻器自帶定位功能，采用的多為絕對值編碼器。下面就變頻器自帶定位功能的卷揚機控制說明一下該定位模式的定位過程。

(l)編碼器初始化。包括編碼器型號的選定、距離單位的設(shè)定和初始位置設(shè)定等。

(2)選擇運行模式。編碼器定位時，通常設(shè)定有運行模式和調(diào)試模式。設(shè)定2種模式的目的是方便調(diào)試時的定位確認(rèn)。

(3)定位運科小車位置。在調(diào)試模擬下可以點擊運料小車上、下行。車在選定倉位時，按下“倉位確認(rèn)”按鈕，變頻器即可記錄該位置數(shù)值。手動選倉定位完成后即可切換到運行模式，在該模式下小車根據(jù)運行條件自動運行。

位置的確認(rèn)可以用其他方式，如采用PC和變頻器通訊，通過專用軟件進(jìn)行位置精確定位。這種定位方式通常需要調(diào)試人員具有一定的專業(yè)技能，操作起來較復(fù)雜，因此，實際生產(chǎn)中多為變頻器廠家工程師所采用。

4.3變頻卷揚機現(xiàn)狀

變頻卷揚機輸出轉(zhuǎn)矩大、制動可靠、無級平滑調(diào)速、運行停機平穩(wěn)、配置簡單、使用維護(hù)方便，并大大降低了維護(hù)成本，因此被眾多瀝青拌和站采用。但是它在實際應(yīng)用中還存在以下問題。

(1)變頻器功率較大，在當(dāng)前技術(shù)前提下體積也相對較大。在瀝青拌和站中央控制系統(tǒng)設(shè)計時，無論是采用集中控制還是分散控制，變頻器系統(tǒng)都采用獨立的變頻器控制柜。在工業(yè)現(xiàn)場，變頻器控制柜所處的環(huán)境中灰塵、風(fēng)沙較大，而變頻器控制柜又必須設(shè)置通風(fēng)散熱窗口。因此，在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于受風(fēng)沙、塵土和潮氣的影響，變頻器板卡會出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象，導(dǎo)致變頻器不能正常使用。變頻器是一種精密電子裝置，雖然在制造過程中廠家進(jìn)行了可靠性設(shè)計，但若使用不當(dāng)仍然可能出現(xiàn)故障，所以日常維護(hù)仍不可少。

(2)由于自身設(shè)計和工作原理，變頻器對周圍電子設(shè)備存在電磁干擾。根據(jù)變頻器使用要求接線，布線時盡量將干擾控制在最小限度?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的模擬信號（如稱重信號、溫度信號）還在一定程度上受變頻器的影響。

5結(jié)語

通過對瀝青攪拌站現(xiàn)有幾種卷揚機控制系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)卷揚機控制模式是隨瀝青攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計和自動化技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展。從目前市場應(yīng)用情況來看，變頻卷揚機控制模式廣為采用，電磁調(diào)速和液壓調(diào)速雖然也有采用，但仍不能改變新產(chǎn)品、新技術(shù)在卷揚機控制系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用趨勢。滿足用戶的需求是設(shè)計的方向，科技的發(fā)展是設(shè)計的基礎(chǔ)。

 

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