一種石灰石運料小車及除塵裝置的遠程自動控制系統(tǒng)設計

劉星平，童 榮

（1. 湖南工程學院 電氣與信息工程學院，湘潭411104；2. 湖南瑞和冶金石灰石有限公司，湘潭411100）

0 引言

石灰石送運小車的行走控制一直是依靠人工到現(xiàn)場控制操作箱上的按鈕來完成.運料小車是否能移動到相應的料倉進料口位置，只能依靠人的感覺和經(jīng)驗來大致確定，操作難免會出現(xiàn)較大的誤差和故障，特別是小車要移動到首端或尾端的料倉位置時，經(jīng)常出現(xiàn)小車碰到終端的保護擋板，致使電動機的阻力增大，引起過流保護動作甚至熔斷器動作的故障［1］，嚴重影響到電動機的安全運行及運料小車的機械性能.另外，因為沒有運料小車對應庫位的顯示信號，也不能在控制室內(nèi)實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制［2，3］.

目前，原有除塵系統(tǒng)共負責6 個成品倉的除塵.6 個成品倉集塵管道各設手動閥門一個.除塵系統(tǒng)管道閥門完全由人工手動控制，不能和設備的工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，除塵系統(tǒng)達不到應有的除塵效果.由于設計缺陷，部分閥門不便于人工操作，此外因為現(xiàn)場粉塵較大，溫度較高（特別是夏天的時候），操作人員也不太愿意到現(xiàn)場查看和操作.長期以來該成品車間的料倉除塵系統(tǒng)所有閥門都是處于全開狀態(tài)，無論是下料還是沒有下料，所有集塵點同步開啟，這樣就導致正在加料的成品倉內(nèi)除塵負壓不足，進料口粉塵外溢，工作環(huán)境變得更加惡劣，還嚴重影響到周圍的生產(chǎn)設備，也給工作人員身體健康帶來影響.

1 運料小車及料倉除塵系統(tǒng)組成及控制要求

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)是石灰石生產(chǎn)線中一個重要的環(huán)節(jié)，主要完成將石灰窯加工好的石灰顆粒輸送到6 個料倉.1 號料倉、2 號料倉、5 號料倉的石灰石由1 號皮帶輸送機輸送給1 號煉鋼爐；3 號料倉、4 號料倉石灰石由2 號皮帶輸送機輸送給2 號煉鋼爐.備料倉是作為機動車運料用的.輸料小車系統(tǒng)可以向正反方向行走，小車上的運料皮帶可以實現(xiàn)正反向送料.為了防止運料小車在下料時所產(chǎn)生的粉塵四處擴散，在各個料倉的進料口處安裝一個除塵閥，吸收的粉塵經(jīng)吸塵總管運送到除塵站.

圖1 運料小車及料倉除塵系統(tǒng)示意圖

1.2 控制要求

2 控制系統(tǒng)的接線

該系統(tǒng)在中控室完成送運小車的行走控制，在正常情況下，運料小車停在某個位置，其他料倉有呼車要求時，小車能自動起動并行駛到相應的位置.

除塵系統(tǒng)［4］安裝電動除塵閥，能控制開（或關(guān)）動作.此外，還有閥門開（或關(guān)）到位的信號引出.電動除塵閥的打開（或關(guān)閉）也能控制運料小車所處的倉位相.當送運小車停在某個料倉的進料口上方位置時，自動延時起動除塵閥的打開動作，除塵閥開到位時，自動停止打開動作.當送運小車離開某個料倉的進料口上方位置時，自動延時一段時間并起動除塵閥的關(guān)閉動作，除塵閥關(guān)到位時，自動停止關(guān)閉動作.

設備現(xiàn)場的輸入信號連接到分布式輸入模塊，經(jīng)光纖傳輸?shù)街骺刂剖业腜LC 上，主控制室的PLC輸出信號經(jīng)光纖傳輸?shù)浆F(xiàn)場分布式輸出模塊上，再通過中間繼電器的常開觸點控制相應的動作.

PLC 的輸入端一共有20 個開關(guān)量的輸入信號、14 個開關(guān)量的輸出信號點，如圖2 所示.其中有6 個小車位置定位信號，2 個小車的極限位置檢測信號，6 個電動除塵閥對應的閥開到位信號，6 個電動除塵閥對應的閥關(guān)到位信號.2 個輸出信號分別控制輸出繼電器C-KA1 和C-KA2，由C-KA1 和CKA2 的常開觸點控制運料小車的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)動作，如圖3 所示.Q1.4～Q2.7 分別驅(qū)動輸出繼電器KA1～KA12，再由KA1 至KA12 的常開觸點控制6 個電動除塵閥對應的閥開和閥關(guān)動作，如圖4 所示.

圖2 PLC 的輸入輸出接線圖

圖3 運料小車的PLC控制接線圖

圖4 電動除塵閥的PLC控制接線圖

3 小車位置定位檢測

經(jīng)現(xiàn)場多次測試，確定運料小車的位置檢測采用磁開關(guān)感應的方式，其理由如下：

運料小車的行走電動機是普通的三相交流電動機，經(jīng)多次測試得知該運料小車的剎車制動距離為6 cm 左右.根據(jù)這個特點，采用了一種和電梯樓層檢測方式相同的磁開關(guān)檢測方式.在運料小車靠近兩頭的某個位置豎向安裝長8 cm、寬2 cm、厚1 cm 的感應磁鐵，通過支架把磁開關(guān)安裝在某個對應的下料口的相應位置.經(jīng)過實驗測試表明，靠近磁鐵的兩邊4 cm 的范圍，磁開關(guān)都能感應出開關(guān)信號.所以當運料小車靠近某個下料口時，感應信號立即傳送給主控制室的PLC，執(zhí)行程序后，立即復位運料小車電動機的運行信號.在電動機剎車制動距離內(nèi)，磁開關(guān)都能感應出信號，而此開關(guān)的磁感應方式不存在直接碰撞和接觸的問題，也不會受到粉塵環(huán)境的影響.這是一種在惡劣環(huán)境中最理想的運料小車位置定位檢測方式.

4 遠程控制實現(xiàn)

分布式輸入模塊的信號，經(jīng)光纖傳輸?shù)街骺刂剖业腜LC 上，通過組態(tài)開發(fā)設計［5］，小車的控制可以在主控室電腦上完成，經(jīng)光纖傳輸?shù)浆F(xiàn)場分布式輸出模塊上，完成運料小車的正反向行走控制.在現(xiàn)場的控制箱上有一個切換開關(guān)1SA1，用于選擇中控室的遠程控制［6］和人工現(xiàn)場操作控制.小車的位置狀態(tài)信號可以在屏上顯示.

電動除塵閥的閥門開關(guān)到位信號可以由分布式輸入模塊經(jīng)光纖傳輸?shù)街骺刂剖业腜LC 上，通過組態(tài)開發(fā)設計和PLC 程序控制，相關(guān)的PLC 輸出信號通過光纖遠程傳輸可以在控制室實現(xiàn)電動除塵閥的手動和自動控制，閥門的開啟和關(guān)閉動作及閥門開關(guān)到位的信號都可以在主控室的電腦上顯示，完全不需要人工參與閥門的控制.在現(xiàn)場的控制箱上有一個切換開關(guān)2SA-1，用于選擇中控室的遠程自動控制或人工現(xiàn)場用機械扳手操作控制.

4.1 小車遠程監(jiān)控的實現(xiàn)方法

在中控室的電腦（工控機）上，利用WINCC 組態(tài)軟件設計組態(tài)開發(fā)程序，如圖5 所示，主要包括小車位置呼叫按鈕、小車對應倉位指示信號、小車正反狀態(tài)指示信號、兩端極限位置指示信號、小車位置故障指示信號、操作方式指示說明、運料小車呼車解除按鈕、故障狀態(tài)下的位置強制按鈕及強制急停開關(guān)等內(nèi)容.

圖5 運料小車及除塵系統(tǒng)的組態(tài)開發(fā)設計

在畫面中有“運料小車遠程控制”和“運料小車現(xiàn)場手動”的提示，且運料小車的現(xiàn)場控制箱的切換開關(guān)處于“PLC 遠程控制”位置時，小車停在某一倉位，送料系統(tǒng)沒有起動，運料車強制急停開關(guān)處于OFF 狀態(tài)（紅色），可以實現(xiàn)運料小車的遠程控制.按下倉位對應的小車呼車按鈕，呼車信號會顯示為綠色并閃爍.正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指示信號為綠色，小車可以實現(xiàn)正向或反向移動.

當出現(xiàn)小車溜車或小車沒有移動到目標位置就停止時，運料小車位置故障指示為紅色并閃爍；當小車越過兩端倉位信號而達到極限位置時，對應的報警燈柱信號會出現(xiàn)并閃爍.可以進行強制操作來實現(xiàn)小車的移動，這時點擊運料小車監(jiān)控畫面中的“運料小車強制急?！遍_關(guān)，小車運動會強制停止.

如果想要運料小車離開故障倉位到下一個目標倉位，可以按下“運料小車位置強制”按鈕，彈出運料小車位置強制的監(jiān)控畫面，如圖6 所示，點擊“運料小車強制急?！遍_關(guān)，讓其處于OFF 狀態(tài)（紅色），然后點擊在故障倉位附近對應的強通開關(guān)，使對應的位置信號指示顯示為綠色，點擊運料小車監(jiān)控畫面中的目標倉位呼車按鈕，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指示信號為綠色，可以強制實現(xiàn)小車的正向或反向移動.當小車行駛到目標倉位后，點擊返回按鈕返回運料小車監(jiān)控畫面，然后點擊畫面中的“運料小車強制急?！遍_關(guān)處于ON 狀態(tài)，指示為綠色.

圖6 運料小車的強制控制監(jiān)控畫面

4.2 料倉除塵遠程監(jiān)制的實現(xiàn)

可以在控制室的電腦上實現(xiàn)電動除塵閥的手動和自動控制.黑色的矩形按鈕對應除塵閥的遠程手動控制按鈕，在控制室遠程按監(jiān)控畫面中的手動按鈕實現(xiàn)電動閥的打開或關(guān)閉動作.電動除塵閥的開起和關(guān)閉狀態(tài)可以顯示（綠色）在矩形按鈕上.

一般情況下，電動閥的打開和關(guān)閉是根據(jù)對應倉位的情況自動完成.例如到達某個倉位，打開或延時打開除塵閥，離開某個倉位時，延時一段時間再自動關(guān)閉除塵閥，運料小車停在某個倉位時，對應的電動閥延時打開，打開到位時，停止電動閥的打開動作，打開到位信號顯示為綠色.

運料小車離開某個倉位時，對應的電動閥要延時一段時間后自動開起關(guān)閉動作，關(guān)閉到位后，關(guān)閉到位信號顯示為綠色.

“除塵閥關(guān)延時時間”方框，可以設置電動除塵閥延時自動關(guān)閉的時間（時間為50 s），時間可在電腦上設定，單位是ms.

如果萬一關(guān)到位的限位開關(guān)失靈，在程序設計中考慮延時一段時間后自動斷開“關(guān)閉”的動作輸出，這樣可以避免電動閥的“關(guān)”驅(qū)動線圈因長期通電而損壞.如果萬一開到位的限位開關(guān)失靈，也在程序設計中考慮了延時一段時間后自動斷開“開”的動作輸出，這樣可以避免電動閥的“開”驅(qū)動線圈因長期通電而損壞.

5 結(jié)論

該石灰石運料小車及自動除塵控制的遠程控制系統(tǒng)的設計與實施，經(jīng)過將近2 個多月的運行，達到了系統(tǒng)的遠程自動化控制的目的和效果，運料小車定位精度在3 cm 以內(nèi)，運行操作方便、穩(wěn)定可靠，提高了自動化水平和生產(chǎn)效率.很好的解決了運料小車的位置定位檢測問題，還可以實現(xiàn)運料小車故障時的應急處理，實現(xiàn)了電動除塵閥的動作控制與運料小車所處的倉位相關(guān)聯(lián)，大大提高了除塵系統(tǒng)的效果，車間內(nèi)部粉塵明顯減少了，改造前平均值為2.94 mg/m3，改造后平均值為2.033 mg/m3）.該控制系統(tǒng)的設計和應用對同行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)具有借鑒作用，并可在建材水泥行業(yè)及化工、礦山等行業(yè)推廣應用.