原煤皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)改造分析

摘要：順和選煤廠在生產(chǎn)過(guò)程中基本無(wú)人值守，對(duì)自動(dòng)化水平依賴程度高。為提高自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性，對(duì)原煤皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了防堵塞保護(hù)的自動(dòng)控制和雙機(jī)啟動(dòng)的集中控制的改造。經(jīng)過(guò)改造，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)電機(jī)的主從驅(qū)動(dòng)以及對(duì)機(jī)頭導(dǎo)料槽防堵塞的自動(dòng)警報(bào)和停機(jī)的自動(dòng)保護(hù)，提高了自動(dòng)化的可靠性，改善了工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：煤炭開(kāi)采；皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)；系統(tǒng)改造；自動(dòng)控制；主從驅(qū)動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP69 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0208

1 概述

順和選煤廠是永煤集團(tuán)為探索運(yùn)營(yíng)“精簡(jiǎn)、高效”型選煤廠而建立的探索型選煤廠。該廠以“多上設(shè)備少上人”為建廠理念，通過(guò)將全廠的生產(chǎn)系統(tǒng)與辦公系統(tǒng)納入集中控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)人值守化及人力系統(tǒng)的精簡(jiǎn)化。該廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為100Mt/a，現(xiàn)有員工共64人，在生產(chǎn)過(guò)程中，全廠生產(chǎn)系統(tǒng)只設(shè)置了4個(gè)固定崗位。經(jīng)過(guò)近1年的運(yùn)營(yíng)及改造，除固定崗位外，目前廠內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。借助設(shè)計(jì)中自動(dòng)/集中控制系統(tǒng)的開(kāi)放性及使用過(guò)程的探索，廠內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了局部改造，大大提升了自動(dòng)/集中控制系統(tǒng)的可靠性，形成了對(duì)全廠有效的系統(tǒng)監(jiān)控和自動(dòng)控制/保護(hù)。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，原煤皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)缺少防冒煤事故的自動(dòng)保護(hù)控制系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)缺陷的存在，無(wú)人值守時(shí)可能造成冒煤事故的發(fā)生以及可能因此而造成的一系列生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了防堵塞自動(dòng)保護(hù)改造和一鍵雙機(jī)啟動(dòng)的改造，切實(shí)解決了廠內(nèi)原煤系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

2 改造前的分析

在未進(jìn)行改造之前，由于原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在不完善性，原煤自動(dòng)控制系統(tǒng)中缺少對(duì)可能存在的“冒煤”風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施。系統(tǒng)預(yù)防措施的缺失曾造成廠內(nèi)原煤系統(tǒng)“冒煤”事故的發(fā)生，給生產(chǎn)過(guò)程和經(jīng)營(yíng)過(guò)程帶來(lái)不良影響，且由此造成的一系列生產(chǎn)問(wèn)題，給廠里帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失和大量的額外勞動(dòng)需求。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，廠內(nèi)做了總結(jié)分析，對(duì)可能造成自動(dòng)/集控系統(tǒng)可靠性降低的原因進(jìn)行了匯總。

2.1 機(jī)頭溜槽堵塞

原煤濕度較大時(shí)，煤的粘結(jié)能力較強(qiáng)。當(dāng)較濕的原煤在原煤運(yùn)輸系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)料槽的壁上粘留，并且隨時(shí)間而不斷堆積，造成導(dǎo)料槽的堵塞。同時(shí)，由于原設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中沒(méi)有應(yīng)對(duì)堵塞問(wèn)題的防堵塞保護(hù)的自動(dòng)控制程序，若調(diào)度人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)頭的堵塞問(wèn)題，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)造成大量原煤的積存，產(chǎn)生嚴(yán)重的冒煤事故。

2.2 電機(jī)容易過(guò)載

由于冒煤事故的發(fā)生，會(huì)造成原煤皮帶被壓死。當(dāng)需要皮帶再次啟動(dòng)時(shí)，由于原煤皮帶大量帶煤，而原設(shè)計(jì)中用于驅(qū)動(dòng)原煤運(yùn)輸皮帶的兩臺(tái)電機(jī)由于功率問(wèn)題，一臺(tái)電機(jī)不能提供足夠驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶的過(guò)載啟動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)又不能通過(guò)同步運(yùn)行來(lái)提供驅(qū)動(dòng)力，所以需將原煤皮帶的載煤卸載，然后再進(jìn)行啟動(dòng)，由此造成大量額外勞動(dòng)需求。

由于上述問(wèn)題的存在，選煤廠對(duì)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行，這對(duì)提高原煤系統(tǒng)處理量，減輕廠里員工的勞動(dòng)量，改善員工工作環(huán)境都有十分重要的意義。

3 改造的具體措施

順和選煤廠是永煤集團(tuán)為進(jìn)行選煤廠改革而進(jìn)行投建的試驗(yàn)型選煤廠，廠內(nèi)所有生產(chǎn)過(guò)程均被納入自動(dòng)/集中控制系統(tǒng)。建廠初期，考慮到設(shè)計(jì)可能存在的不完善性，為便于生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，建廠所采用的自動(dòng)/集中控制系統(tǒng)模塊化強(qiáng)、開(kāi)放性好，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)局部系統(tǒng)的更改。因此，廠內(nèi)在對(duì)原煤皮帶系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)加裝相關(guān)監(jiān)測(cè)元件，并將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)接入PLC集控系統(tǒng)，由上位機(jī)的組態(tài)編程軟件進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)防堵塞保護(hù)的自動(dòng)控制及雙機(jī)驅(qū)動(dòng)改造的遠(yuǎn)程控制，從而提高自動(dòng)/集中控制系統(tǒng)的可靠性。

3.1 防堵塞自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造

如果礦井來(lái)煤較濕，則原煤易于在機(jī)頭導(dǎo)料槽處粘留，隨時(shí)間而累積，最終導(dǎo)致機(jī)頭導(dǎo)料槽堵塞，造成冒煤事故。如調(diào)度人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成事故的擴(kuò)大，導(dǎo)致大量額外勞動(dòng)需求的產(chǎn)生。為解決這一問(wèn)題，根據(jù)順和選煤廠實(shí)際系統(tǒng)情況對(duì)其進(jìn)行了改造，使其能夠?qū)Χ氯鹿首詣?dòng)報(bào)警與停機(jī)保護(hù)，其工作原理圖如圖1所示：

防堵塞保護(hù)系統(tǒng)的改造中，需在皮帶機(jī)頭導(dǎo)料槽兩側(cè)對(duì)稱安裝光電開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入模塊輸入PLC系統(tǒng)中，通過(guò)上位機(jī)編程控制軟件RSLogixTM 5000，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷。如圖1所示，光電開(kāi)關(guān)信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入模塊將斷開(kāi)信號(hào)輸入到PLC系統(tǒng)中，通過(guò)上位機(jī)的組態(tài)編程控制軟件對(duì)該信號(hào)作出判斷。若信號(hào)斷開(kāi)時(shí)間超過(guò)預(yù)置時(shí)間，則程序會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)命令發(fā)出堵塞警報(bào)，并且將電機(jī)控制程序段斷開(kāi)，使電機(jī)停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)頭防堵塞的自動(dòng)警報(bào)與保護(hù)。光電開(kāi)關(guān)安裝時(shí)，要充分考慮導(dǎo)料槽情況，如果位置不合適會(huì)使程序經(jīng)常性地發(fā)出誤動(dòng)作。在進(jìn)行程序段指令編寫(xiě)時(shí)，需要設(shè)置合理的信號(hào)斷開(kāi)判斷的延時(shí)時(shí)間，避免因系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)靈敏而出現(xiàn)的誤判斷，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

3.2 “一建雙機(jī)”的改造

在原煤運(yùn)輸系統(tǒng)中，301運(yùn)輸皮帶有兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)集中控制系統(tǒng)，可以在調(diào)度室的操作界面選擇對(duì)某一電機(jī)進(jìn)行啟停控制。由于原設(shè)計(jì)中，兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不同步，所以無(wú)法通過(guò)共同運(yùn)行來(lái)為過(guò)載皮帶的再次啟動(dòng)提供足夠驅(qū)動(dòng)力。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)，在對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行改造時(shí)，通過(guò)增加主從變頻器來(lái)對(duì)兩臺(tái)交流異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。兩臺(tái)電機(jī)之間的連接為剛性連接，通過(guò)主從變頻器力矩分配模式的設(shè)定，使兩臺(tái)電機(jī)之間形成主從驅(qū)動(dòng)。實(shí)際工作中，將變頻器接入PLC系統(tǒng)，通過(guò)擴(kuò)展模塊輸出-10～10V之間的模擬量給定信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。在實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)主變頻模擬量輸出其轉(zhuǎn)矩，并將此轉(zhuǎn)矩通過(guò)模擬量輸送給從變頻，對(duì)從變頻器施以力矩控制。通過(guò)主從變頻的力矩給定控制，保證兩臺(tái)電機(jī)之間嚴(yán)格同步。主從變頻器在對(duì)原煤皮帶的兩臺(tái)電機(jī)里的改造中，兩臺(tái)電機(jī)之間采用的是剛性連接，因此對(duì)從機(jī)采取轉(zhuǎn)矩控制的方法，并保證兩臺(tái)電機(jī)之間不能有速度誤差。為讓兩臺(tái)電機(jī)之間可以在主從控制和獨(dú)立運(yùn)行之間進(jìn)行切換，可以通過(guò)數(shù)字輸入串口來(lái)完成這一過(guò)程。系統(tǒng)改造中，通過(guò)在調(diào)度室內(nèi)的操作界面上做出對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制的按鈕，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)模式，即可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的單獨(dú)/聯(lián)合啟動(dòng)控制的在線切換。

4 改造效果及結(jié)論

將原煤皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)改造以后的使用情況與未改造之前進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)改造后的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）通過(guò)防堵塞保護(hù)系統(tǒng)的改造應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)料槽防堵塞保護(hù)的自動(dòng)控制，提高了自動(dòng)化過(guò)程的可靠性；（2）通過(guò)雙機(jī)主從驅(qū)動(dòng)的改造，使兩臺(tái)電機(jī)能同時(shí)為皮帶提供驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了皮帶的過(guò)載驅(qū)動(dòng)；（3）通過(guò)原煤皮帶系統(tǒng)的自動(dòng)/集中控制的改造應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了防堵塞保護(hù)的自動(dòng)控制及雙機(jī)啟動(dòng)的調(diào)度室操作，提高了自動(dòng)化過(guò)程的可靠性，降低了勞動(dòng)需求，為廠里帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：韓建成，男，河南洛陽(yáng)人，河南能源永煤集團(tuán)順和選煤廠廠長(zhǎng)，中級(jí)工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化與企業(yè)管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）