選煤廠的智能快速定量裝車系統設計

李曉強

（華陽集團技術中心，山西陽泉045000）

煤炭裝載與運輸在注重裝載速度的同時，必須更加關心在裝載過程中的自動化、精確性以及安全性。自動定量裝車系統廣泛地應用于港口、選煤廠的物料、煤料裝車。針對選煤廠現有裝車系統存在裝車速度慢、裝車精度低、自動化水平低下的問題，設計了基于PLC 控制技術的智能快速定量裝車系統。

1 自動定量裝車系統工藝流程

選煤廠自動定量裝車可分為車輛管理系統、遠程讀卡系統以及裝車系統三部分。選煤廠自動定量裝車工藝流程，見圖1。

圖1 選煤廠自動定量裝車工藝流程

1.1 系統組成

（1）車輛管理系統。主要完成對車輛信息的讀取和存儲，對于新入裝車站的車輛，對車牌號、載重量、車型、單位、聯系方式等信息進行記錄，并存入本地裝車信息管理系統，形成該車輛的一條記錄信息[1]。對于歷史車輛，則經車牌對比后，直接從裝車信息管理系統中提取該車輛信息，進入裝車站裝車通道。該系統主要通過安裝的紅外攝像頭獲取車輛車牌信息。

（2）遠程讀卡系統。主要通過安裝在裝車通道口的遠程讀卡系統獲取裝車車輛信息，如車牌號、載重量、車型等，并將上述信息傳送給裝車系統。

（3）裝車系統。獲取遠程讀卡系統發送過來的裝車車輛信息后，自動控制給煤機、皮帶運輸機、緩沖倉、定量倉、裝車溜槽運行，按照裝車車輛信息進行精確裝車。

1.2 主要設備設施

（1）控制柜。每一臺控制柜控制一臺帶式輸送機和兩臺給煤機。

（2）帶式輸送機。帶式輸送機向上運煤料的傾角保持在18°～21°之間。

（3）緩沖倉。緩沖倉的容積約為330 m3，緩沖煤料重量上限為1 000 t。緩沖倉內安裝有料位檢測裝置。緩沖倉的下部設置有四個卸料口，尺寸為1.2 m×1.5 m，安裝有四個顎式配料閘板，分別由兩個油缸推拉做開關動作，動作速度可調節。緩沖倉用于緩沖接收帶式輸送機輸送的煤料，作為向定量倉輸送煤料時的中轉，保證定量裝車系統串聯操作的可靠性和安全性。

（4）定量倉。定量倉的容積約為45 m3，稱重上限為100 t。定量倉上部有通氣孔與緩沖倉相連，目的是防止煤料瞬時沖入定量倉后，內部氣體可以排出，以防噴煤。定量倉底部安裝有四個稱重傳感器，稱重傳感器保持垂直安裝，并由限位開關固定，防止傳感器傾斜或位置變化導致稱重精度降低。定量倉用于對煤料進行精確稱重，并將稱重后的煤料輸送至裝車溜槽。定量倉是快速定量裝車系統的核心部件，直接關系到快速裝車系統的精度和速度。位于定量倉的四個稱重傳感器完成對煤料的稱重工作，為保證稱重煤料的精度，采用多次稱重取算術平均值的方法降低稱重誤差，提高煤料稱重精度。

（5）溜槽。溜槽可以垂直升降，當待裝列車到達指定位置后，溜槽自動降低到合適高度，煤料沿溜槽裝入列車車廂。在列車車廂安裝有光電開關，用于檢測列車車廂是否達到指定位置，安裝的超聲波物位計用于指示溜槽升降的高度。

2 智能定量快速裝車系統設計

2.1 系統組成

智能定量快速裝車系統由儲煤倉、給煤機、帶式輸送機、緩沖倉、定量倉、裝車溜槽六部分組成，見圖2。

圖2 定量倉稱重自動快速裝車系統

2.2 系統流程

待裝列車到達裝車站后，裝車系統按照遠程讀卡系統獲取的列車信息，確定需要開啟的給煤機臺數以及給煤量。啟動皮帶運輸機，將煤料經皮帶運輸機運輸后存儲至緩沖倉。根據緩沖倉內料位的變化，動態調整給煤機的給煤量。待緩沖倉的煤料達到指定料位后，控制A、B、C、D 四個顎式配料閘板將煤料卸入定量倉[2-3]。定量倉下部的稱重單元實時稱量煤料重量，待達到目標重量后，緩沖倉的配料閘板關閉。在定量倉內部設置有四級料位監測點，通過煤料達到的位置控制緩沖倉A、B、C、D 四個閘板的開啟和關閉。剛開始配料時，A、B、C、D 四個閘門都打開，當煤料料位到達第一級料位監測點后，控制A、B、C、D 四個閘門處于半開狀態；當煤料料位達到第二級料位監測點后，關閉A、C 閘門；當煤料料位到達第三級料位監測點后，關閉B 閘門；當煤料料位達到第四級料位監測點后，關閉D 閘門，自動配料完成，全過程約在14 s內完成。待裝列車達到溜槽位置后，定量倉閘板開啟，同時垂直調整溜槽高度，將精確稱重的煤料由裝車溜槽運輸至行進的列車車廂，最后由溜槽進行列車車廂的平煤操作[4]。上述為一次列車裝車過程。裝車溜槽裝車的同時，皮帶運輸機循環將煤料運輸至緩沖倉，進行第二次循環裝車，從而實現連續快速定量自動裝車。

2.3 系統方案

智能定量快速裝車系統方案設計框圖見圖3。該系統的核心部分為PLC 主站、PLC 分站部分，PLC 分站獲取給煤機、儲煤倉以及帶式輸送機參數信息，PLC 主站與PLC 分站之間采用CAN 通信完成數據傳送。裝車系統中需要控制的部分有緩沖倉中的閘門A、B、C、D 的卸料閥四級控制，定量倉中的閘門A、B 的卸料閥兩級控制，還包括對裝車溜槽的上升、下降垂直控制，左、右平煤控制，對油泵電機、給煤機電機、帶式輸送機電機的啟動、停止控制，對待裝列車的變頻牽引控制。最后還包括遠程操作臺的按鈕控制和操作指示燈控制。

圖3 智能定量快速裝車系統方案設計

3 應用分析

設計并實現的智能定量快速裝車系統在某選煤廠進行了為期6 個月的工業試驗，共裝載C70型整列列車1228 列，運輸煤料5.838 27 Mt，每小時裝車能力為6 000 t，單列列車裝車精度≦0.1%，整列列車裝車精度約為0.5%；裝載單列列車時間控制在39～45 s/節，裝載整列列車時間控制在51～59 min，既提高了裝車速度也提高了裝車精度。

4 結語

選煤廠用智能快速定量裝車系統能夠提高現有裝車系統的生產效率。同時，也提高了自動定量裝車精度以及裝車質量。另外，該系統可以實現裝車系統的智能化生產，減少裝車系統人員的數量，避免發生事故時的人員傷亡，具有較好的經濟效益和社會效益。