天津滨海新区垃圾焚烧发电厂液压抓斗桥式起重机相关控制模式
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作者: 李 程
1、概况
天津滨海新区垃圾焚烧发电厂规划日处理生活垃圾2000吨，分两期工程建设。一期工程预计2010年底建成投运建。烟气排放标准将在国内率先达到欧盟2000标准(2000／76／EC)。项目实现热电联产，全年连续稳定向中新天津生态城供应蒸汽。
垃圾给料系统、焚烧炉排炉及余热锅炉、烟气净化系统是现今城市主流垃圾焚烧发电厂的三大主要系统，而液压抓斗桥式起重机则是垃圾给料系统的关键设备，对垃圾焚烧发电厂的安垒、稳定、经济运行起到重要作用。天津滨海新区垃圾焚烧发电厂是目前国内拥有最大垃圾池的焚烧发电厂，选用了3台卫华QZl5t-38m型液压抓斗桥式起重机。
2、抓斗起重机控制模式
2.1控制特点
液压电动抓斗起重机采用西门子公司彩色宽幅触摸屏和S7-300可编程序控制器(PLC)进行半自动操作和程序控制。驱动电机采用日本三菱公司的A740系列变频器，根据工艺要求自动调整输出频率和电压，驱动各机构变频电机调速运行，实现起重机的手动和半自动运行。手动操作时在起重机控制室内能够控制起重机移料、给料，混料、堆料等所有动作；半自动操作时，在抓取完成后再根据所设定的投料地址，起重机在程序控制下，自动运行到投料位置，实现称重并记录该斗垃圾的重量，开启抓斗，将垃圾投入到料斗中，自动完成投料过程。本起重机具有上述程序化操作(半自动控制)和手动操作转换开关。
本起重机大车、小车.起升机构均采用变频专用电机驱动，每个机构的低速轴上均配有同轴安装的高精度绝对值编码器。编码器是一个测量转速和旋转圈数(角度)的装置。每旋转一圈，编码器则发出600个(或1024个)脉冲数字信号，矢量控制变频器根据编码器的反馈信号控制电机，实现高精度速度控制。可编程控制器(PLC)根据编码器的反馈信号进行高速计数，计算电机相对起始位置所运行的圈数，从而计算出起重机各机构相对起始位置所运行’的距离，就可以计算出抓斗所处的实际位置，达到自动控制的目的。
2.3控制系统功能
投料及称重：将垃圾坑内的垃圾投入到焚烧炉的料斗内，使料斗的料位保持在一个适当的范围，确保垃圾的人炉供料，并能满足自动称重的要求。
搅拌：受源头垃圾的种类因素影响，有时可能还要承担搅拌垃圾的任务。对卸入坑内的垃圾进行搬运、搅拌和倒垛，并按顺序堆放到预定的区域，力争入炉垃圾的组份均匀，并能根据工艺的焚烧要求，使垃圾完成部分脱水或发酵。
清理：抓取垃圾坑中污水排泄口的垃圾，以便及时排泄垃圾坑中的渗沥液。
半自动控制：通过触摸屏点击投料的位置，即可实现自动完成授料、自动泊车等工艺流程，并具有大起升高度的防摆、实时动态计量、抓斗状态监测及故障诊断报警功能。
2.4控制和操作
控制方式：控制采用“PLC+触摸屏+调速装置”的系统。PLC为综合监控系统，监控整车的运行状态，同时实现整车运行的时序逻辑控制及信号的检测。能实现程序化操作(半自动状态)和手动操作两种方式。这两种方式要求均能满足工艺要求，而且可快速切换，手动为优先级。
半自动状态下，抓斗吊各机构的动作均能采用程序化控制来实现。在固定式司机室的操作台上，采用触摸屏操作。把加料斗和整个垃圾坑平面在触摸屏屏幕上划分为网格地址，操作者只需在抓料完成后输入投料口地址，即可自动完成垃圾的投放全过程，投放的精度50mm，垃圾料斗定位精度为20mm。本垃圾吊的半自动水平具体列表描述如下：
轴)、小车运行(Y轴)、起升机构(z轴)上各装一个绝对编码器，每旋转一圈编码器则发出1024个数字信号给可编程控制器(PLC)，PLC根据编码器的反馈信号进行高速计数，计算电机相对起始位置所运行的圈数，就可以计算出起重机和抓斗所处的实际位置，备传动机构通过开关量输入、输出进行点对点控制，达到自动控制的目的。网格地址按3000mm×3000mm进行设计，将车间内垃圾池、进料日、投料口等区域和站点均纳入控制程序中的三维空间坐标系，使起重机工作的区域有精确、详细的地址。
整个行车运行区域按上图所示，在触摸屏上均等划分为若干个平面网格地址，每个网格的大小可以根据所需取料、投料精度来设定(如3m×3m)，每个网格的中心为目标地址。
b、垂直坐标地址。
以控制室的高度为垂直坐标的原点位置，控制室以下为负坐标，控制室以上为正坐标。
运行行程：在起重机大车运行(x轴)，小车运行(Y轴)、起升机构(z轴)的适当位置装设运行传感器，使控制系统准确了解起重机(抓斗)的空间位置，自动完成寻址工作。在特征点如投料口中心，控制室保护区等还设有行程保护开关，在三维空间的标准点设地址传感器.进行误差校正。在区域的端点设有常规的行程限位开关等保护装置。上述信息经信号线路传送到控制系统的运动指挥系统PLC中，使控制系统准确了解起重机抓斗的空间位置，故障提示及排除办法。
3、综述
3.1上述抓斗起重机的控制模式，较好地实现了设备生产过程的半自动控制功能，易于操作，安全性较高，可靠性较高。
3.2本项目实例对其它项目解决类似工程问题具有重要的参考价值，特别是对大型垃圾焚烧发电厂的垃圾给料系统抓斗起重机。
3.3抓斗起重机全自动控制模式是下一步国内企业重点研究的课题，虽然近期北京起重机械研究所宣布研制成功，但尚无应用实例，国内相关研究还需要深入，这对于解决我国垃圾焚烧发电厂安全稳定环保运行具有重要意义。
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