無線聯(lián)鎖裝置在料場(chǎng)堆取料機(jī)中的應(yīng)用實(shí)踐

紀(jì)志宏，黃永輝（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪271104）

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無線聯(lián)鎖裝置在料場(chǎng)堆取料機(jī)中的應(yīng)用實(shí)踐

紀(jì)志宏，黃永輝
（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪271104）

摘要：針對(duì)料場(chǎng)大型機(jī)具電氣控制系統(tǒng)存在的缺陷，利用智能無線控制技術(shù)將無線聯(lián)鎖裝置應(yīng)用到系統(tǒng)中，提高了大型機(jī)具與皮帶機(jī)之間聯(lián)鎖反應(yīng)的快速、及時(shí)性，解決了料場(chǎng)設(shè)備的頻繁堆取料、料車脫軌等事故，確保了燒結(jié)礦料的穩(wěn)定供應(yīng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)100余萬元。

關(guān)鍵詞：無線聯(lián)鎖裝置；堆取料機(jī)；滑觸線；皮帶機(jī)

1　前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠老區(qū)原料場(chǎng)主要負(fù)責(zé)原燃料的接收、驗(yàn)收、貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、中和混勻等生產(chǎn)任務(wù)，以及為高爐、燒結(jié)機(jī)、豎爐生產(chǎn)提供原料運(yùn)輸供應(yīng)。老區(qū)原料場(chǎng)分一次料場(chǎng)和混勻料場(chǎng)兩部分，共有7臺(tái)堆取料機(jī)。在日常生產(chǎn)過程中，堆取料機(jī)與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制，當(dāng)一方設(shè)備出現(xiàn)故障，另一方設(shè)備不能及時(shí)停止，易造成皮帶壓料、堆取料機(jī)損壞等故障，給生產(chǎn)造成很大的困擾。另外，由于料場(chǎng)距離長(zhǎng)（約450 m），堆取料機(jī)供電線路較長(zhǎng)，停送電不及時(shí)，存在生產(chǎn)安全隱患，影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。隨著燒結(jié)機(jī)及高爐生產(chǎn)能力的提高，進(jìn)廠原料數(shù)量增加，堆取料機(jī)由原間歇性運(yùn)行模式調(diào)整為連續(xù)運(yùn)行模式，堆取料機(jī)的安全可靠運(yùn)行尤其重要。堆取料機(jī)與地面大皮帶之間必須實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，縮小故障范圍，以降低故障損失程度。

2　設(shè)備故障分析

2.1滑線供電故障

堆取料機(jī)通過地面滑線傳輸方式供電。由于堆取料機(jī)道軌、皮帶支架地基下沉不均，滑觸線隨著皮帶機(jī)支架產(chǎn)生震動(dòng)，以及滑線安裝誤差等原因，使得動(dòng)力滑觸線及其集電器支架變形脫落。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)物料導(dǎo)電粉塵濃度高、硬度大、磨損嚴(yán)重，滑觸線絕緣經(jīng)常被破壞，易造成短路起火，如果不能及時(shí)切斷滑線電源，將會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大乃至燒毀堆取料機(jī)的嚴(yán)重設(shè)備事故，威脅崗位人員的人身安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，滑觸線故障率占堆取料機(jī)總故障的70%。由于滑線電源在低配室控制，低配室與料場(chǎng)滑線間距離大約500 m，短時(shí)間無法停、送電。

2.2無聯(lián)鎖控制造成的故障

堆取料機(jī)與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制。當(dāng)堆取料機(jī)堆料時(shí)出現(xiàn)故障，車上崗位人員要聯(lián)系主控室停止地面大皮帶運(yùn)行或者聯(lián)系地面大皮帶崗位停止大皮帶運(yùn)行，聯(lián)系時(shí)間長(zhǎng)，停機(jī)操作不及時(shí)，易造成堆取料機(jī)事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)變形；當(dāng)堆取料機(jī)取料時(shí)，若地面運(yùn)輸皮帶出現(xiàn)故障，堆取料機(jī)不能及時(shí)停止取料，則易造成地面皮帶堵料、撒料、壓料，甚至拉斷皮帶等現(xiàn)象。

3　改造方案

造成以上問題的原因在于堆取料機(jī)與地面沒有建立起應(yīng)有的數(shù)據(jù)通訊，彼此之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系。項(xiàng)目改造思路：采用智能無線聯(lián)鎖控制裝置完成堆取料機(jī)與地面的數(shù)據(jù)通訊，即在堆取料機(jī)、滑線、大皮帶之間安裝無線聯(lián)鎖控制裝置。

無線聯(lián)鎖控制裝置由堆取料機(jī)無線通訊站、地面無線通訊站、天線3部分組成。無線通訊站支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或1點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)使用，負(fù)責(zé)采集移動(dòng)設(shè)備、地面設(shè)備運(yùn)行控制信號(hào)；天線是智能控制裝置的附屬設(shè)備，負(fù)責(zé)將移動(dòng)、地面無線通訊站的信號(hào)時(shí)時(shí)發(fā)送。

3.1無線聯(lián)鎖控制裝置工作原理

智能無線聯(lián)鎖控制裝置采用工業(yè)級(jí)微處理器和電子元器件，該系統(tǒng)采用信道分離、地址識(shí)別、數(shù)據(jù)代碼和校驗(yàn)、接收確認(rèn)以及抗干擾設(shè)計(jì)，并采用無線及本地兩種采集模式，從而達(dá)到工業(yè)控制的高可靠性和實(shí)時(shí)性要求。無線通訊站接收到輸入的開關(guān)量信號(hào)，單片機(jī)對(duì)其運(yùn)算和處理，把開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換頻率為2400DBS與其發(fā)射模塊接口協(xié)議一致的232信號(hào)，以數(shù)據(jù)包形式通過通訊站發(fā)射模塊發(fā)送，當(dāng)對(duì)方接到信號(hào)后反饋1個(gè)停止信號(hào)，無線發(fā)射模塊停止發(fā)射。無線接收模塊以無線方式接收到數(shù)據(jù)包并進(jìn)行處理，以232信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算、處理，驅(qū)動(dòng)繼電器閉合實(shí)現(xiàn)開關(guān)量信號(hào)的傳輸，即實(shí)現(xiàn)一端開關(guān)量輸入，另一端開關(guān)量輸出。

選用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通信方式，在1臺(tái)堆取料機(jī)無線通訊站與其他堆取料機(jī)無線通訊站之間設(shè)置不同的頻率及不同的IP地址，避免各機(jī)之間的相互干擾；針對(duì)料場(chǎng)料堆較高、料場(chǎng)附近電器設(shè)備較多的特點(diǎn)，選擇高頻通訊頻段，避免其他通訊設(shè)備的干擾，降低發(fā)射設(shè)備的功率。

3.2無線聯(lián)鎖控制裝置主要特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)性。其全方向的無線信號(hào)發(fā)射設(shè)計(jì)及專用的數(shù)據(jù)傳輸頻段和不受障礙物的阻礙特性，以毫秒級(jí)時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)、校驗(yàn)數(shù)據(jù)、發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。

2）高可靠性。該設(shè)備采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用，地面設(shè)備只供1臺(tái)堆取料機(jī)使用，增加了可靠性，且傳輸速度快，從發(fā)射出信號(hào)到接受到信號(hào)只需15 ms，基本無延時(shí)。因無主站控制，可避免堆取料機(jī)出現(xiàn)全面癱瘓。裝置采用信道分離，每臺(tái)堆取料機(jī)之間的頻率信道間隔在18 MHz，無相互干擾，更加可靠；采用IP地址識(shí)別，在每1套通訊系統(tǒng)之間，在單片機(jī)中設(shè)置唯一的IP地址，增加了其可靠性；在每1套通訊裝置間發(fā)送唯一的數(shù)據(jù)代碼，通訊站只有接到與設(shè)定一致的數(shù)據(jù)包才有效。裝置在接到正確信號(hào)后，自動(dòng)反饋“停止”信號(hào)；若接收不到反饋信號(hào)，則裝置連續(xù)發(fā)送信號(hào)，以保證始終保持聯(lián)絡(luò)狀態(tài)。

3）裝有備用電源以確保運(yùn)行安全。內(nèi)置蓄電池備用電源，當(dāng)外供電斷開時(shí)，可自動(dòng)切換由內(nèi)置電源供電，可保證設(shè)備停電后持續(xù)供電120 s，以保證狀態(tài)信息及時(shí)發(fā)送到對(duì)方，避免因設(shè)備斷電而影響設(shè)備的正常使用，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4）使用頻段符合國(guó)家要求。使用頻帶展寬220 M～238 MHz，符合國(guó)家關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸頻率要求，且現(xiàn)場(chǎng)沒有同一頻率的設(shè)備，不發(fā)生相互干擾。

5）傳輸距離長(zhǎng)。該設(shè)備功率低于1 W，采用內(nèi)置12 dBi天線，適合遠(yuǎn)距離傳輸，其理論傳輸距離2 km，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際傳輸距離1.5 km，完全滿足使用要求。

6）環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)。該設(shè)備按照工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，主機(jī)可在非露天環(huán)境、輕微粉塵、潮濕、雨雪、大霧等惡劣環(huán)境下使用。

3.3堆料狀態(tài)下電氣控制原理

堆料時(shí)，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖1、圖2。

1）聯(lián)鎖啟動(dòng)：車載皮帶啟動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)觸點(diǎn)閉合，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號(hào)，地面無線通訊站接收端K2（地）接收信號(hào)，大皮帶繼電器KA2線圈吸合，KA2觸點(diǎn)閉合，大皮帶啟動(dòng)。

圖1　堆料時(shí)無線聯(lián)鎖車載控制系統(tǒng)

圖2　堆料時(shí)無線聯(lián)鎖配電室控制系統(tǒng)

2）聯(lián)鎖停止：車載皮帶停止，其運(yùn)行信號(hào)斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）信號(hào)中斷，地面無線通訊站接收端K2（地）信號(hào)斷開，大皮帶繼電器KA2線圈斷開，KA2觸點(diǎn)斷開，大皮帶停止。

3）單動(dòng)啟動(dòng)：SA轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合（左轉(zhuǎn)），短接車載皮帶運(yùn)行信號(hào)，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號(hào)，地面無線通訊站接收端K2（地）接收到信號(hào)，大皮帶繼電器KA2線圈吸合，KA2觸點(diǎn)閉合，大皮帶單動(dòng)啟動(dòng)。

3.4取料狀態(tài)下電氣控制原理

取料時(shí)，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖3、圖4。

圖3　取料時(shí)無線聯(lián)鎖車載控制系統(tǒng)

圖4　取料時(shí)無線聯(lián)鎖配電室控制系統(tǒng)

1）聯(lián)鎖啟動(dòng)：轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1打到取料狀態(tài)，大皮帶KA2線圈吸合，大皮帶具備啟動(dòng)條件后啟動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)觸點(diǎn)閉合，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）發(fā)射信號(hào)，車載無線通訊站接收端K1（車）接收到信號(hào)，車載皮帶繼電器KA1線圈吸合，KA1觸點(diǎn)閉合，車載皮帶啟動(dòng)。

2）聯(lián)鎖停止：大皮帶停止，其運(yùn)行信號(hào)斷開，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）信號(hào)中斷，車載無線通訊站接收端K1（車）信號(hào)斷開，大皮帶繼電器KA1線圈斷開，KA1觸點(diǎn)斷開，車載皮帶停止。

3）單動(dòng)啟動(dòng)：SA轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合（右轉(zhuǎn)），短接聯(lián)鎖接收繼電器KA1觸點(diǎn)，車載接觸器線圈吸合，車載皮帶單動(dòng)啟動(dòng)。

3.5滑線聯(lián)鎖狀態(tài)下電氣控制原理

與安全滑觸線聯(lián)鎖時(shí)，其控制原理見圖5、圖6。

圖5　聯(lián)鎖狀態(tài)無線聯(lián)鎖車載控制系統(tǒng)

圖6　聯(lián)鎖狀態(tài)無線聯(lián)鎖配電室控制系統(tǒng)

1）供電啟動(dòng)：SA2轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合，短接聯(lián)鎖接收繼電器KA3觸點(diǎn)，滑線供電接觸器線圈吸合，滑線供電啟動(dòng)。2）供電聯(lián)鎖：急停按鈕SB1閉合，車載無線通訊站發(fā)射端X3（車）發(fā)射信號(hào)，地面無線通訊站接收端K3（地）接收到信號(hào)，滑線繼電器KA3線圈吸合，KA3觸點(diǎn)閉合，滑線供電運(yùn)行（SA2轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開）。3）故障停止：滑線故障，操作人員按動(dòng)緊急按鈕SB1，其緊急信號(hào)斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X3（車）信號(hào)中斷，地面無線通訊站接收端K3（地）信號(hào)斷開，滑線繼電器KA3線圈斷開，KA3觸點(diǎn)斷開，滑線供電停止。

通過其裝置實(shí)現(xiàn)大型機(jī)具與大皮帶、大型機(jī)具與滑線之間的遠(yuǎn)距離無線聯(lián)鎖控制，能快速從大型機(jī)具上對(duì)滑線、皮帶進(jìn)行應(yīng)急停止，從而滿足工業(yè)控制的可靠性和實(shí)時(shí)性要求，保障大型機(jī)具和大皮帶之間聯(lián)鎖反應(yīng)的快速與及時(shí)性，不但實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，而且降低了設(shè)備故障率。

4　實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，解決了原料場(chǎng)堆、取料移動(dòng)設(shè)備與地面皮帶機(jī)之間不能同步聯(lián)鎖控制的難題，避免了因設(shè)備不能同步控制造成停機(jī)等間接經(jīng)濟(jì)損失；大幅降低了原料場(chǎng)堆取料機(jī)設(shè)備故障率，減少了因滑觸線故障造成的延誤火車卸料現(xiàn)象，確保了原料場(chǎng)礦料的輸送暢通。堆取料機(jī)設(shè)備故障率降低，礦料配比穩(wěn)定，有利于提高燒結(jié)礦質(zhì)量與產(chǎn)量，綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)100余萬元。

Practice of Wireless Interlock Device Used in Stacker-reclaimer in Material Field

JI Zhihong, HUANG Yonghui
（The Ironmaking Plant of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstrraacctt:: In view of the existing defects of electrical control system used in large-scale material field machinery, wireless interlock device is applied to the system by intelligent wireless control technology in order to increase the speed and timeliness of the interlocking reaction between the large machines and the belt. It can solve the problem of frequently stack and reclaim of material field equipment and avoid derailment accidents of stacker-reclaimer. It can ensure the stable raw supply for sinter, the overall economic benefits is more than 1 million yuan.

Key worrddss:: wireless interlock device; stacker-reclaimer; sliding contact line; belt conveyor

信息園地

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)志宏，男，1982年生，2005年畢業(yè)于山東大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼煉鐵廠機(jī)動(dòng)設(shè)備科工程師，從事電氣自動(dòng)化技術(shù)工作。

收稿日期：2015-06-09

中圖分類號(hào)：TF321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4620（2015）06-0032-03