神華粵電珠海港取裝線典型設備缺陷分析與改造

楊敏康+馮軍偉+溫生奎+秦偉

摘 要：取裝線是整個碼頭系統的最末端設備，其穩定運行關系到整個碼頭工作效率，本文主要總結了我公司開港以來取裝線存在的典型缺陷并且提出了改進方法。

關鍵詞：裝船機；故障；缺陷；改進

神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責任公司主要設備包括：橋式抓斗卸船機4臺、鏈斗式連續卸船機2臺、移動回轉式裝船機4臺、8臺堆取料機、2臺取料機、篩分、裝火車裝置以及帶式輸送機等設備，在碼頭作業方面，裝船以1000-3000噸的小型駁船為主，行走范圍廣，裝船機之間容易發生相互碰撞；伸縮部位經常報編碼器超程故障；發生碰撞后，導致設備損壞，并且維修恢復時間較長，對公司正常生產作業影響較大，因此需要更新完善設備防碰撞裝置；取料過程中由于原先堆取料機皮帶秤測速滾筒經常損壞，震動大不穩定造成皮帶秤速度系統數據采集偏差大，引起皮帶秤誤差大等缺陷。

本文主要針對取裝線存在的風險即裝船機作業過程中大機相互碰撞和皮帶秤偏差大對公司的作業效率甚至聲譽造成負面影響進行改造。

1防碰撞系統故障分析與改造

1.1 裝船機行走編碼器校正設計

目前裝船機作業過程中，由于行走編碼器的累積誤差不斷增大，存在大機相撞的隱患，由于原來設計時未做編碼器校正，只有報警，鑒于以上問題決定增加裝船機行走編碼器校正功能。

以一號裝船機SL1為例，采用磁體式感應限位進行校正，在控制合，大車向左向右命令，錨定坑感應限位信號上升沿下降沿具備的條件下。

原先的計算值Gantry_Encoder_read3[0]減去0得到一個新的中間值Gantry_Encoder_readGY_2，原先的編碼器計算值再減去新的中間值 Gantry_Encoder_readGY_2得到與錨定坑校正限位的實時偏差值，此偏差值加上錨定坑校正限位離左側廊道0位處的值53.6米就是編碼器的準確值Gantry_Encoder_readGY_4，再把此值送入程序中編碼器的設定標簽Gantry_Encoder_Cal[0]中。

為了防止編碼器出現卡死以及大車在行走但是編碼器數值不變等情況，在控制合，大車向左向右命令，錨定坑感應限位信號上升沿下降沿具備的條件下，校正前的值減去53.6得出偏差，偏差超過正負2米報編碼器偏差故障。

漏檢故障報警程序設計思路為，由于磁鐵限位信號在感應前后分別為0和1兩種狀態，如果過校正位后信號狀態未變化則判斷為漏檢。

編碼器故障和磁鐵感應限位漏檢故障由于關系到大機安全問題，這兩個故障司機是不能進行復位的，只有搶修人員和技術員有處理權限，在程序設計時已經進行了限制。

此程序設計以SL1為例，SL2錨定坑為238.5米，SL3為444.5米，SL4為530米。

目前當裝船機回轉角度小于38度時兩大機位置差為75米時減速，距離差為72米時停止。由于SL4溜筒改造后直徑擴大后需要把SL4與SL3的減速距離與停止距離擴大，實際擴大值需要現場進行測量，然后對SL4程序進行修改。

1.2 改造后存在的風險與預控措施

改造后易發生的風險為出現漏檢故障后沒有正確復位，造成程序邏輯錯誤編碼器損壞數值不連續，出現跳動。

預防措施為對故障搶修人員進行培訓搶修班人員隨身攜帶磁鐵出現漏檢故障時用磁鐵復位，并且把大機開到感應位，判斷是限位損壞還是距離遠沒感應到。定期檢查編碼器數值和編碼器外觀發現缺陷及時維修。

2堆取料機皮帶秤改造

2.1 皮帶秤目前現狀

皮帶秤是一種動態稱重設備，其工作原理是通過稱重傳感器把物料的重量轉換成0-10V的電壓信號，由控制器的模擬量通道輸入到主控DSP芯片，通過計算得出物料的重量W（kg/m）然后由安裝在測速滾筒上的測速傳感器把開關量信號通過數字量通道傳到主控DSP芯片，計算得到皮帶運行速度V（m/s），最后計算得出皮帶秤的瞬時流量Q（t）=W*V。

皮帶秤的硬件主要由以下幾個模塊組成

模擬量輸入模塊是對稱重傳感器的電壓信號進行采樣，通過A/D轉化后送入DSP處理器；

模擬量輸出模塊是把經過DSP運算出的瞬時流量和皮帶運行速度傳入PLC控制系統；數字量輸出模塊是把測速傳感器檢測到的開關量信號通過數字量通道傳入DSP處理器；顯示模塊和鍵盤接口模塊主要是用作參數的選擇和設定，按鍵直接和DSP處理器接口連接，采用中斷方式掃描；通信模塊采用PROFIBUS-DP通訊板實現和PLC之間通訊；電源模塊是把220V的外界交流電轉換成儀表芯片和傳感器需要的電壓。

2.2.皮帶秤測速滾筒存在的缺陷

通過一年多的使用和觀察發現堆場皮帶秤故障90%是由測速滾筒的損壞造成的。測速滾筒的損壞使測速傳感器無法正確反應當前皮帶運行速度，從而造成皮帶秤內部計算不準確，嚴重影響了生產作業效率。測速滾筒的損壞的原因是由于測速滾筒直接貼著皮帶內側運行，長期徑向受力、晃動造成測速滾筒軸承損壞，進而導致測速滾筒主軸的損壞，測速輪無法轉動或者轉動變慢，最終速度傳感器失靈。同時在皮帶秤設計中，把測速滾筒裝在懸臂的中部然，測速滾筒軸承沒有集中潤滑功能，致使使檢修和潤滑十分困難。并且廠家壟斷不提供測速系統圖紙，如若損壞只能從原公司高額采購勢必會增加采購成本。

2.3.皮帶秤測速滾筒改造

皮帶秤主要是通過周期采樣實現對重量信號和速度信號的積算再把運算結果傳入PLC中。

主要原理為：

通過重量傳感器測出一定長度上物料的重量W（t）（kg/m），通過測速傳感器測到的皮帶運行速度V（t）（m/s），兩者相乘得到皮帶秤的瞬時流量Q（t）=W（t）*V（t）單位為kg/s。由于皮帶不可能一直勻速運行，其速度與物料流量和皮帶的傾斜角度有直接關系，并且物料重量也不可能一直不變。因此累積量Q應該是瞬時量W（t）和時間的積分值，即：

Q= （1）

公式1中W（t）-瞬時流量

V（t）-皮帶瞬時速度

從公式可以看出皮帶稱瞬時速度的計算值是否準確直接關系最后的累積量的精確度。速度傳感器采用感應式的開關，因此在測速滾筒運行一周感應點越多反映出來的速度越準確。

根據測速滾筒測速原理和存在的問題，我們提出了用懸臂皮帶從動滾筒替代測速滾筒作為測速傳感器的安裝載體。從而實現速度檢測的設想。本改造主要面臨兩個難點一、測速輪如何安裝問題；二、速度脈沖數目的改變對檢測精度的影響問題。由于從動滾筒直徑比皮帶秤測速滾筒大許多，因此在滾筒運轉的一個周期內可以多增加幾個感應點來提高皮帶瞬時速度檢測的精確度，由于速度傳感器的感應頻率改變了因此我們重新對皮帶秤做了運行周期，結果表明皮帶運行速度比原來穩定了許多不會大幅度波動。皮帶稱速度傳感器檢測的脈沖為13HZ，堆取料機五次取料皮帶秤與實際裝船量對比的值可以看出誤差最小可以控制在-0.0666%。

3 結語

通過對裝船線進行改造，增加磁鐵式校正限位使裝船機編碼器精確度得到了提高作業時碰撞概率得到了控制，此方案隨后應用到了卸船機編碼器校正系統中，效果很好；改造了堆取料機皮帶秤測速滾筒使堆取料機皮帶秤偏差越來越小，皮帶秤越來越精確，每年可以少采購8個左右測速滾筒節約了成本，產生了良好的經濟效益。此兩種改造方案可以應用到其他各個散貨碼頭。

參考文獻：

[1]張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發應用（第二版）[M].電子工業出版社，2000

[2]林寶全，鄭崇蘇.電子皮帶秤的硬件設計與控制算法的仿真.江蘇電器（2008 NO.10）endprint