天鐵石灰石礦雙斗提升機“飛車及絞繩”事故及改造

曹彩娜

（天津天鐵冶金集團有限公司石灰石礦，河北涉縣056404））

天鐵石灰石礦雙斗提升機“飛車及絞繩”事故及改造

曹彩娜

（天津天鐵冶金集團有限公司石灰石礦，河北涉縣056404））

對天鐵石灰石礦雙斗提升機在生產運行過程中出現的“飛車及絞繩”事故進行了分析。通過增加連鎖控制和絕對值編碼器等改造措施，使系統進一步完善，排除了故障，提高了設備的運行效率，保障了生產的穩定順行。

雙斗提升機；飛車；絞繩；改造

1 引言

雙斗提升機是天鐵300 t矩形石灰豎窯加料系統的提升設備，負責將所需原料（石灰石）由地面輸送到窯頂儲料槽內，它的穩定和順行直接關系到矩形豎窯的正常生產。天鐵石礦300 t作業區6座矩形豎窯上料系統均采用了西門子6SE70變頻調速傳動系統及西門子S7-317控制系統。此系統在應用過程中，充分體現了變頻調速及PLC控制的優越性能，同時也暴露了一些缺陷，當儲料槽處于高料位，料車有時會懸在窯頂一段時間后，脫離鋼絲繩，在失控狀態下迅速滑下發生料車“飛車”事故。當系統斷電檢修后恢復生產時，經常發生卷揚系統現場運行與控制程序不同步，而導致鋼絲繩發生“絞繩”現象。如果故障不及時發現，就會引發重大安全事故，造成設備損壞甚至人員傷亡，經濟損失嚴重。為此，我們對故障原因進行分析和探討，制定了改造方案，進一步完善系統，以保證生產的穩定順行。

2 雙斗提升機運行原理及安全保護裝置

2.1 雙斗提升機運行簡介

雙斗提升機有兩個料車，待料時一個料車在受料坑底部的受料位，另一個料車在窯頂料槽的卸料位（其位置由S7-317PLC定位模塊FM351讀到旋轉編碼器信碼號所確定），原料（石灰石）經過窯前電子稱量器稱量好后，稱量斗下部的電液推桿閘門打開，將石灰石放入料坑底部的料車，當稱量斗內的石灰石全部放完后，稱量斗電液推桿閘門關閉，PLC接收到電液推桿關閉信號后向6SE70變頻器發出啟動命令，6SE70變頻器接到啟動命令后系統工作，其中6SE70變頻器設定的打開抱閘控制功能在電機克服雙斗提升機料車溜車轉矩（防止雙斗提升機重車溜車的最小轉矩）時發出打開抱閘命令，使抱閘打開，實現料車的平穩啟動。當料車啟動后，其提供的運行力矩大于啟動轉矩，原來建立的轉矩平衡將被打破，這時料車將加速運行，當料車加速到v=0．13 m/s時，停止加速，料車保持低速運行，運行至軌道的1/8處（上料料車上升至軌道的1/8，窯頂料車下降至軌道的1/8）時，PLC控制變頻器使料車再度進行加速運行。當料車速度達到0．39 m/s時停止加速，料車保持高速運行，當料車運行至軌道的7/8處，PLC控制料車減速運行，直至恢復到v= 0．13 m/s，當上料料車運行至上限位置，同時另一料車達到下限位置時，PLC控制變頻器停止并關閉抱閘，這時料車停止運行，上料料車將原料卸入窯頂料槽內（而另一個料車在下限位即受料坑底部受料位等待稱量斗加料）；另一料車受料完成后，重復上述過程，兩個料車交替加料完成，雙斗提升機便完成了整個加料過程。料車運行速度曲線如圖1所示。

圖1 料車運行速度曲線圖

2.2 雙斗提升機保護裝置的設定

雙斗提升機在設計和安裝時采取了多項保護措施：失壓保護、互鎖保護、過載保護、過電流保護、位置超限保護和松繩保護。在窯頂安裝了西門子接近開關作為超限保護開關，對料車進行保護。采用S7-317PLC定位模塊FM351和與雙斗提升機卷揚同步旋轉的歐姆龍旋轉編碼器對雙斗提升機料車位置進行實時監控、控制，把雙斗提升機料車的運行軌跡在WINCC畫面上進行模擬監控，精準度可達幾毫米。松繩保護是在卷揚滾筒處的鋼絲繩漲輪側面裝有晶體管接近開關，當出現松繩現象時，晶體管接近開關立刻向PLC發出信號，PLC收到松繩信號后，向6ES70變頻器發出停車命令，6ES70變頻器停止輸出同時抱閘啟動。

3 “飛車及絞繩”事故的發生及原因分析

經過生產運行，該系統也存在一些不足之處，主要表現在以下兩個方面。

3.1 “飛車”事故

當儲料槽處于高料位時，料車會懸在窯頂一段時間后，在失控狀態下，脫離鋼絲繩迅速滑下發生料車“飛車”事故。針對此種事故，我們分析是由于窯頂料槽料位處于高料位，料車卸料時受到料槽內原料的阻礙，料車內的原料不能完全卸盡，大部分原料堆積在料車的前部，這時當變頻器控制料車下降時，料車的重力不能克服原料阻力，導致料車不能下降而懸停于窯頂料槽邊緣，此時，控制程序仍在運行，卷揚系統繼續工作。由于雙斗提升機料車是由兩條鋼絲繩繞其底部拖動其運行，就會發生鋼絲繩脫離料車出現松繩現象，直至松繩保護系統啟動卷揚系統才會停止運行（此時間取決于現場鋼絲繩的物理狀態）。而懸停在窯頂的料車，只能通過人員確認后，手動處理至目標位置，但在故障處理之前，料車隨時有可能在重力作用下迅速下滑沖擊至鋼絲繩位置，造成”飛車”，如果窯內發生懸料現象，當窯內懸料下降，料車就會跟隨料車口的原料迅速滑向窯內，造成窯內“飛車”事故。

3.2 “絞繩”事故

當系統運行時，經常發生卷揚系統現場運行與控制程序不同步，導致鋼絲繩發生“絞繩”事故，經過分析得出，系統斷電和上超限損壞都可能引發“絞繩”事故。

雙斗提升機料車位置的確定是由S7-317PLC定位模塊FM351和歐姆龍旋轉編碼器組成的料車定位系統控制實現，由于旋轉編碼器是增量編碼器，轉動時輸出脈沖，通過計數設備來計算其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數設備的內部記憶來記住位置。當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，但是在實際生產過程中系統出現故障斷電時，由于現場噪聲及振動的影響，編碼器無法做到零偏移，而且這種偏移的量是無法確定的，所以只能將編碼器的數據初始化，這時控制程序中雙斗提升機的位置將與料車的實際位置不符，如果不及時發現，繼續控制料車運行，在這種情況下，如果料車物理位置已到達下限位置，PLC系統檢測位置仍處于運行狀態，卷揚系統繼續運行，這樣就會造成卷揚系統鋼絲繩出現“絞繩”現象。

雙斗提升機料車的上超限采用了西門子三線制接近開關，安裝在窯頂料槽上部料車軌道的頂端，該開關在投產初期使用效果較好，但經過一段時間的使用，接近開關耐高溫性能逐漸變差，如果窯內煅燒工況不穩定，窯頂料槽瞬時溫度可達300℃以上，這樣接近開關的損壞使雙斗提升機料車失去上超限的保護，這樣就增大了“絞繩”事故發生的概率。

4 改造方案

為了防止上述情況的發生，經過技術上的論證，結合現場實際提出了可行的改造方案。

4.1 增加連鎖控制

“飛車”事故的主要原因是窯頂料槽料位高，當窯頂料槽料位高于1．9 m時就存在雙斗提升機料車不能倒盡料的問題。針對此問題，經研究決定在STEP7中增加連鎖控制程序，具體操作是在窯頂安裝西門子RD260型料位計，與窯前加料系統形成連鎖，料位計對儲料槽進行實時監控，當料位達到設定值時，系統產生連鎖信號，阻止振篩啟動進行加料，這樣就有效地避免了“飛車”事故，STEP7控制程序見圖2。

圖2 電子稱量斗控制圖

4．2 增加絕對值編碼器

對于電源故障時編碼器數據初始化而造成控制程序與料車的實際位置不符，以及料車軌道上超限因環境高溫不斷損壞的問題，我們在系統中增加了絕對值編碼器，絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組20～2n-1的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。該編碼器可作為系統的一個遠程站，用它來代替上、下超限位，這樣不但從根本上解決了因環境高溫而使接近開關頻繁損壞的問題，而且當旋轉編碼器（增量編碼器）故障時，絕對值編碼器能有效地起到保護作用，進而很好地解決了雙斗提升機卷揚系統鋼絲繩“絞繩”事故的發生，絕對值編碼器的配置見圖3。

圖3 絕對值編碼器的配置圖

5 結束語

改造完成后，雙斗提升機“飛車及絞繩”事故得以消除，有效提高了設備的運行效率，降低了電氣裝置的更換率，減少了設備維修費用，經濟效益顯著，有效避免了重大安全事故的發生和人員傷亡，使生產穩定和順行得到保障。在改造過程中，我們積累了許多寶貴的實踐經驗，對其它雙斗提升機上料系統有著重要的指導意義和借鑒作用。

Incident of Running Away and Rope Twisting and Relevant Modification at Double Bucket Hoist of Tiantie Limestone Mine

CAO Cai-na
(Limestone Mine of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

The paper analyzes the incident of“running away and rope twisting“occurring at the production of the double bucket hoist of Tiantie Limestone Mine．Modification measures were taken of adding interlock control and absolute encoders to improve the system and eliminate faults．The running efficiency of the equipment was improved and the smooth and stable running of the production ensured．High economic effect was achieved．

double bucket hoist;running away;rope twisting;modification

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．018

2015-01-13

2015-02-06

曹彩娜（1983—），女，工程師，主要從事電氣自動化管理工作。