天鐵石灰石礦雙斗提升機(jī)“飛車及絞繩”事故及改造

曹彩娜

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司石灰石礦，河北涉縣056404））

天鐵石灰石礦雙斗提升機(jī)“飛車及絞繩”事故及改造

曹彩娜

（天津天鐵冶金集團(tuán)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(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的“飛車及絞繩”事故進(jìn)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(tǒng)進(jìn)一步完善，排除了故障，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，保障了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

雙斗提升機(jī)；飛車；絞繩；改造

1 引言

雙斗提升機(jī)是天鐵300 t矩形石灰豎窯加料系統(tǒng)的提升設(shè)備，負(fù)責(zé)將所需原料（石灰石）由地面輸送到窯頂儲料槽內(nèi)，它的穩(wěn)定和順行直接關(guān)系到矩形豎窯的正常生產(chǎn)。天鐵石礦300 t作業(yè)區(qū)6座矩形豎窯上料系統(tǒng)均采用了西門子6SE70變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)及西門子S7-317控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，充分體現(xiàn)了變頻調(diào)速及PLC控制的優(yōu)越性能，同時也暴露了一些缺陷，當(dāng)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(tài)下迅速滑下發(fā)生料車“飛車”事故。當(dāng)系統(tǒng)斷電檢修后恢復(fù)生產(chǎn)時，經(jīng)常發(fā)生卷揚(yáng)系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行與控制程序不同步，而導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生“絞繩”現(xiàn)象。如果故障不及時發(fā)現(xiàn)，就會引發(fā)重大安全事故，造成設(shè)備損壞甚至人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。為此，我們對故障原因進(jìn)行分析和探討，制定了改造方案，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

2 雙斗提升機(jī)運(yùn)行原理及安全保護(hù)裝置

2.1 雙斗提升機(jī)運(yùn)行簡介

雙斗提升機(jī)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(zhuǎn)編碼器信碼號所確定），原料（石灰石）經(jīng)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(dāng)稱量斗內(nèi)的石灰石全部放完后，稱量斗電液推桿閘門關(guān)閉，PLC接收到電液推桿關(guān)閉信號后向6SE70變頻器發(fā)出啟動命令，6SE70變頻器接到啟動命令后系統(tǒng)工作，其中6SE70變頻器設(shè)定的打開抱閘控制功能在電機(jī)克服雙斗提升機(jī)料車溜車轉(zhuǎn)矩（防止雙斗提升機(jī)重車溜車的最小轉(zhuǎn)矩）時發(fā)出打開抱閘命令，使抱閘打開，實現(xiàn)料車的平穩(wěn)啟動。當(dāng)料車啟動后，其提供的運(yùn)行力矩大于啟動轉(zhuǎn)矩，原來建立的轉(zhuǎn)矩平衡將被打破，這時料車將加速運(yùn)行，當(dāng)料車加速到v=0．13 m/s時，停止加速，料車保持低速運(yùn)行，運(yùn)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(jìn)行加速運(yùn)行。當(dāng)料車速度達(dá)到0．39 m/s時停止加速，料車保持高速運(yùn)行，當(dāng)料車運(yùn)行至軌道的7/8處，PLC控制料車減速運(yùn)行，直至恢復(fù)到v= 0．13 m/s，當(dāng)上料料車運(yùn)行至上限位置，同時另一料車達(dá)到下限位置時，PLC控制變頻器停止并關(guān)閉抱閘，這時料車停止運(yùn)行，上料料車將原料卸入窯頂料槽內(nèi)（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(fù)上述過程，兩個料車交替加料完成，雙斗提升機(jī)便完成了整個加料過程。料車運(yùn)行速度曲線如圖1所示。

圖1 料車運(yùn)行速度曲線圖

2.2 雙斗提升機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)定

雙斗提升機(jī)在設(shè)計和安裝時采取了多項保護(hù)措施：失壓保護(hù)、互鎖保護(hù)、過載保護(hù)、過電流保護(hù)、位置超限保護(hù)和松繩保護(hù)。在窯頂安裝了西門子接近開關(guān)作為超限保護(hù)開關(guān)，對料車進(jìn)行保護(hù)。采用S7-317PLC定位模塊FM351和與雙斗提升機(jī)卷揚(yáng)同步旋轉(zhuǎn)的歐姆龍旋轉(zhuǎn)編碼器對雙斗提升機(jī)料車位置進(jìn)行實時監(jiān)控、控制，把雙斗提升機(jī)料車的運(yùn)行軌跡在WINCC畫面上進(jìn)行模擬監(jiān)控，精準(zhǔn)度可達(dá)幾毫米。松繩保護(hù)是在卷揚(yáng)滾筒處的鋼絲繩漲輪側(cè)面裝有晶體管接近開關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)松繩現(xiàn)象時，晶體管接近開關(guān)立刻向PLC發(fā)出信號，PLC收到松繩信號后，向6ES70變頻器發(fā)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(fā)生及原因分析

經(jīng)過生產(chǎn)運(yùn)行，該系統(tǒng)也存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

3.1 “飛車”事故

當(dāng)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(tài)下，脫離鋼絲繩迅速滑下發(fā)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(nèi)原料的阻礙，料車內(nèi)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(dāng)變頻器控制料車下降時，料車的重力不能克服原料阻力，導(dǎo)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(yùn)行，卷揚(yáng)系統(tǒng)繼續(xù)工作。由于雙斗提升機(jī)料車是由兩條鋼絲繩繞其底部拖動其運(yùn)行，就會發(fā)生鋼絲繩脫離料車出現(xiàn)松繩現(xiàn)象，直至松繩保護(hù)系統(tǒng)啟動卷揚(yáng)系統(tǒng)才會停止運(yùn)行（此時間取決于現(xiàn)場鋼絲繩的物理狀態(tài)）。而懸停在窯頂?shù)牧宪?，只能通過人員確認(rèn)后，手動處理至目標(biāo)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(nèi)發(fā)生懸料現(xiàn)象，當(dāng)窯內(nèi)懸料下降，料車就會跟隨料車口的原料迅速滑向窯內(nèi)，造成窯內(nèi)“飛車”事故。

3.2 “絞繩”事故

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，經(jīng)常發(fā)生卷揚(yáng)系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行與控制程序不同步，導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生“絞繩”事故，經(jīng)過分析得出，系統(tǒng)斷電和上超限損壞都可能引發(fā)“絞繩”事故。

雙斗提升機(jī)料車位置的確定是由S7-317PLC定位模塊FM351和歐姆龍旋轉(zhuǎn)編碼器組成的料車定位系統(tǒng)控制實現(xiàn)，由于旋轉(zhuǎn)編碼器是增量編碼器，轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來計算其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)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(chǎn)過程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障斷電時，由于現(xiàn)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(shù)據(jù)初始化，這時控制程序中雙斗提升機(jī)的位置將與料車的實際位置不符，如果不及時發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)控制料車運(yùn)行，在這種情況下，如果料車物理位置已到達(dá)下限位置，PLC系統(tǒng)檢測位置仍處于運(yùn)行狀態(tài)，卷揚(yáng)系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，這樣就會造成卷揚(yáng)系統(tǒng)鋼絲繩出現(xiàn)“絞繩”現(xiàn)象。

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

4 改造方案

為了防止上述情況的發(fā)生，經(jīng)過技術(shù)上的論證，結(jié)合現(xiàn)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(dāng)窯頂料槽料位高于1．9 m時就存在雙斗提升機(jī)料車不能倒盡料的問題。針對此問題，經(jīng)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(tǒng)形成連鎖，料位計對儲料槽進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)料位達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)產(chǎn)生連鎖信號，阻止振篩啟動進(jìn)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(shù)據(jù)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(huán)境高溫不斷損壞的問題，我們在系統(tǒng)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(jìn)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(jī)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(tǒng)的一個遠(yuǎn)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(huán)境高溫而使接近開關(guān)頻繁損壞的問題，而且當(dāng)旋轉(zhuǎn)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(hù)作用，進(jìn)而很好地解決了雙斗提升機(jī)卷揚(yáng)系統(tǒng)鋼絲繩“絞繩”事故的發(fā)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(jié)束語

改造完成后，雙斗提升機(jī)“飛車及絞繩”事故得以消除，有效提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了電氣裝置的更換率，減少了設(shè)備維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，有效避免了重大安全事故的發(fā)生和人員傷亡，使生產(chǎn)穩(wěn)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(jīng)驗，對其它雙斗提升機(jī)上料系統(tǒng)有著重要的指導(dǎo)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。