皮帶卸料小車控制系統的改造與應用

何忠　王明潔

【摘要】本文針對皮帶卸料小車在日常運行狀態下，與其配套搭載的移動電纜滑線小車存在故障率高、維修難度大、維護成本高等問題，設計采用電纜卷筒供電方式結合無線藍牙傳輸技術實現皮帶卸料小車穩定供電，降低了設備維護成本，提高了設備利用率。

【關鍵詞】卸料小車；藍牙；自動控制

1、皮帶卸料小車簡介

1.1 用途及其重要性

皮帶卸料小車是化工生產過程中輸送系統必不可少的布料設施，其作用是將給料皮帶機上的物料按照指令布料于指定的料倉中。卸料小車在實現多料倉布料過程中，需要沿著給料皮帶機運行方向往復行走，為卸料小車供電的移動電纜滑線小車同樣沿滑線往復行走。在此過程中，移動電纜滑線小車供電的穩定性，直接影響整個系統運行的效率，而移動電纜滑線小車的返修率同樣影響著整個系統的設備維護成本。

1.2 結構組成

目前，皮帶卸料小車因具體使用工段不同，結構存在微小差異，但大體結構相同，機械設備包括送料皮帶、收塵罩、卸料可逆皮帶、小車軌道、送料皮帶架等，電氣設備包括卸料小車驅動電機、卸料可逆皮帶驅動電機、小車抱閘線圈、皮帶跑偏開關等，示意圖如圖1所示：1、送料皮帶 2、收塵罩 3、卸料可逆皮帶 4、跑偏檢測開關5、小車軌道 6、送料皮帶架 7、旋轉編碼器

2、存在的問題及其原因分析

2.1 存在的問題

我廠卸料小車配備的控制柜位于低壓配電室，供電電纜采用3根三芯柔性電力電纜和2根兩芯柔性信號電纜，這5根電纜通過滑線小車與卸料小車連接，并隨卸料小車在小車軌道上移動，這種供電和信號傳輸方式導致滑線小車和電纜頻繁出現故障，由此引發DCS控制系統無法實現卸料小車的精準定位。在實際生產操作過程中，操作人員在現場使用“手動”按鈕控制卸料小車實現對不同料倉的卸料，此操作需要操作人員現場看護卸料小車是否到位，而卸料現場環境極差，高粉塵和高噪音嚴重影響操作人員的身體健康，除此之外，連續的“手動”控制卸料小車，操作人員不能及時掌握料倉的料位，導致進料不均衡，影響后續上料系統的運行，無法充分發揮DCS控制系統的優勢。與此同時，由于卸料小車供電系統頻繁的出現故障，增加維修設備的勞動力投入，提高了維護成本，且電工在維修設備時需架設梯子，屬于高空作業，存在安全隱患。

2.2 原因分析

經對我廠不同工段卸料小車出現故障的原因分析，主要有以下兩條：1. 新疆冬天天氣比較寒冷，廠區內面積較大的布料廠房無供暖設施，在此情況下供電電纜和信號電纜因頻繁的拉升和彎曲運動造成絕緣開裂破損，使供電系統短路或接地。2.我廠生產原料主要為石灰和焦炭，在布料過程中會產生大量的粉塵，使滑線小車軸承干澀抱死，造成電纜被拉斷或擠斷。

3、改造方案詳述

3.1 設計思路

基于以上原因，根據現場實際，對小車動力電源用電纜卷筒供電的方式進行創新應用、替換改造，并將控制箱安裝到卸料小車上，只對卸料小車提供一路三相四線電源；所有的電機控制信號、位置信號通過改造用無線通信技術替代現場柔性信號電纜。

3.2 設備選型

針對以上方案的改造思路，設計用電纜卷盤替代目前的電纜供電方式，用無線傳輸設備替代柔性電纜，對二者的選型如下：

電纜自動收發設備又稱電纜卷盤或電纜卷線器，以其安裝空間小、維護方便、使用可靠及成本低等特點取代滑觸線而成為移動傳輸領域（動力、數據及流體介質）的主流解決方案。電纜卷線器的技術難點是要保證卷繞速度與設備移動速度的同步，同時還要保證卷繞過程中電纜所受拉力適中，本次設備選型滿足以下現場需求條件：（a）電纜規格及種類：YC3*4+1*2.5；（b）卷繞長度：50米；（c）設備移動速度：0-25米/分鐘；（d）應用方式：水平安裝方式、單端出線方向。

無線傳輸設備需檢測小車的不同狀態信號，包括啟停信號、工作狀態信號、故障信號、抱閘信號、小車位置信號等，根據現場的工況和實際需求，采用一對菲尼克斯無線MUX模塊實現16個數字信號和2個模擬信號的雙向傳輸，取代目前的信號電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍牙標準的1.2版本，運行于國際認可的2.4G免費頻段，不會與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網絡發生干擾，且2.4G頻段遠離工廠常用的變頻、弧焊等不同設備的工作頻段和諧波頻段，該模塊使用的跳頻擴頻藍牙通信協議確保了通信的實時性，增強了系統抗干擾能力。

除此之外，為完善當前的DCS控制，最大限度實現遠程控制卸料小車，設計采用安裝在卸料小車驅動輪上的旋轉編碼器對卸料小車位置進行檢測，并結合固定位置上的接近開關信號對卸料小車的位置進行校正，避免卸料小車在啟動和剎車過程中，因滑動而產生的編碼器檢測位置偏差；對于料倉內物料高度，選用E+H240雷達料位儀進行檢測。

3.3 效果分析

卸料小車供電方式改造完成后，大大減少了維修電工的勞動量，降低了勞動難度和勞動強度，同時節約了設備維護成本；對料位儀的改造實現卸料小車可根據料倉位置的高低，自動選擇較低料位的料倉進行布料；卸料小車位置的自動校正實現了小車的精準定位，誤差不超過50mm。新系統投運以來，充分發揮了DCS自動控制系統的優越性，實現了遠程操控，避免了操作人員現場操作引發的環境問題和安全問題。

4、結論

皮帶卸料小車控制系統的順利改造，解決了電石生產過程中困擾原料輸送的一大難題，是無線傳輸技術與傳統電氣設備的成功融合。在后續生產過程中，仍有其他方面需加以改進：（a）基于現場環境的原因，控制箱體的密封性和防護等級需要提高，后期計劃將現場控制箱體門用螺絲固定，不再采用電工鎖；（b）所有進出線接口采用航空插頭連接，取消用穿線孔，防止粉塵進入控制箱內，影響系統安全可靠運行和電氣設備壽命；（c）另外需提高電工維護人員的維護技能，派專人進行專項培訓，以增強改造后對供電和信號無線傳輸設備的檢修力量。