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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(shí)產(chǎn)量也從初始的30 t提高到320 t。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(yáng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)瀝青拌和站高效生產(chǎn)的保證，所以其維護(hù)也是整個(gè)拌和站維護(hù)工作的重中之重。

1 成品料倉卷揚(yáng)機(jī)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(jì)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(yáng)機(jī)系統(tǒng)可以分為運(yùn)料小車的卷揚(yáng)控制和運(yùn)料小車的選倉定位控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)系統(tǒng)

瀝青攪拌站發(fā)展之初產(chǎn)量一般為30-120 t/h，該階段成品料倉卷揚(yáng)機(jī)大多采用電磁調(diào)速、凸輪定位系統(tǒng)，這是由當(dāng)時(shí)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(jià)格低廉、啟動性能好、啟動力矩大、啟動平滑等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)取同一電源，當(dāng)電機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，抱閘線圈同時(shí)通電，制動抱箍松開；當(dāng)電機(jī)失電時(shí)，電磁線圈同時(shí)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(shí)彈簧自動復(fù)位，卷揚(yáng)機(jī)自動剎車。電磁調(diào)速電機(jī)正、反轉(zhuǎn)采用電源換相方式，由2個(gè)接觸器交替吸合實(shí)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(yáng)機(jī)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(gè)數(shù)有所區(qū)別。小車定位調(diào)試時(shí)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(yùn)料小車自動運(yùn)行過程是：小車啟動信號發(fā)出后卷揚(yáng)機(jī)馬達(dá)啟動，小車開始沿軌道上行：當(dāng)小車運(yùn)行到選定倉位時(shí)，電機(jī)和電磁制動器電源斷開，小車卸料定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同日寸電機(jī)轉(zhuǎn)向接觸器切換到反轉(zhuǎn)；小車卸料延時(shí)時(shí)間到后，電機(jī)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(yùn)行。

    由于電磁卷揚(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)的剎車控制屬于機(jī)械制動，剎車片的機(jī)械磨損不可避免。在實(shí)際維護(hù)中，若剎車片間隙調(diào)小了則電機(jī)啟動阻力大，剎車片冒煙，制動剎車時(shí)有撞擊聲：剎車片間隙調(diào)大則制動時(shí)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(shí)間加長，需要經(jīng)常維護(hù)才能保證剎車效果。

3 液壓卷揚(yáng)機(jī)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(jì)，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2-3 t。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(shí)機(jī)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(shí)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(gè)領(lǐng)域，液壓卷揚(yáng)機(jī)正是在這個(gè)時(shí)候推出的。液壓卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)回路和制動回路。卷揚(yáng)回路用于將電機(jī)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(jī)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(gè)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(yáng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和卷揚(yáng)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(gè)比例電磁閥輸出電流，后者分別在小車上行和下行時(shí)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(shí)，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(diǎn)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(shí)間調(diào)整小車加減速時(shí)間和制動切換時(shí)間。

    在液壓卷揚(yáng)機(jī)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(yùn)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(shí)，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(yùn)行的小車定位控制的一種有效方案。

液壓卷揚(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)采用機(jī)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(jì)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和免維護(hù)。

4 變頻卷揚(yáng)機(jī)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(dú)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)。變頻器控制卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)控制變頻器功率都在55 kW以上，設(shè)計(jì)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(yùn)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(shí)有報(bào)警指示，系統(tǒng)能自動停止運(yùn)行。

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

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

(5)當(dāng)小車超載時(shí)變頻器報(bào)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(jì)更加智能化和集成化，開始具有通訊和計(jì)算功能，為變頻卷揚(yáng)機(jī)的控制提供了更廣泛的思路。

4.2 變頻卷揚(yáng)機(jī)的行程控制

采用變頻器控制的卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)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(jì)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(yáng)機(jī)定位控制中均有應(yīng)用。具有獨(dú)立PLC定位功能的卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)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(yùn)行模式。編碼器定位時(shí)，通常設(shè)定有運(yùn)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(shí)的定位確認(rèn)。

    (3)定位運(yùn)科小車位置。在調(diào)試模擬下可以點(diǎn)擊運(yùn)料小車上、下行。車在選定倉位時(shí)，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(yùn)行模式，在該模式下小車根據(jù)運(yùn)行條件自動運(yùn)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(shí)際生產(chǎn)中多為變頻器廠家工程師所采用。

4.3變頻卷揚(yáng)機(jī)現(xiàn)狀

    變頻卷揚(yáng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大、制動可靠、無級平滑調(diào)速、運(yùn)行停機(jī)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(shí)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(jì)時(shí)，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(dú)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(jì)，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(jì)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(shí)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(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)控制模式是隨瀝青攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用趨勢。滿足用戶的需求是設(shè)計(jì)的方向，科技的發(fā)展是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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