皮帶機(jī)頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的 電氣控制設(shè)計(jì)與研究

摘要：港區(qū)在生產(chǎn)作業(yè)過程中的揚(yáng)塵、物料撒漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重;同時，經(jīng)港區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)黏煤過多，導(dǎo)致堆場帶式輸送機(jī)頭部滾筒部位，物料在經(jīng)過堆料機(jī)轉(zhuǎn)接后空載段輸送帶工作面粘附的物料顆粒，在經(jīng)過頭部滾筒清掃器和回程托輥時，在刮削和滾動摩擦、振動多重作用下，會發(fā)生運(yùn)行揚(yáng)塵和回程物料甩帶，造成二次環(huán)境污染。隨著環(huán)保要求的日益提升、揚(yáng)塵及廢料處理的成本日益上升，因此控制物料清理與回收顯得尤為重要。另外，從地理環(huán)境上來看，單位所屬該作業(yè)區(qū)緊臨堆東路，極易對港區(qū)的環(huán)保形象產(chǎn)生影響，已成為制約現(xiàn)代綠色清潔港口建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目過程中需要解決的關(guān)鍵瓶頸問題，因此對皮帶機(jī)頭部進(jìn)行洗帶灑水除塵系統(tǒng)改造迫在眉睫。本文結(jié)合作者工作實(shí)際，從工程應(yīng)用出發(fā)，對皮帶機(jī)頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對揚(yáng)塵、物料撒漏現(xiàn)象進(jìn)行控制。最后通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，本文所設(shè)計(jì)的方案取得了較好的實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：自動除塵裝置;可編程邏輯控制器;Modbus總線技術(shù);三方通訊

一、引言

皮帶機(jī)頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制部分設(shè)計(jì)多個子系統(tǒng)，需要對各子系統(tǒng)進(jìn)行很好的控制才能達(dá)到其除塵及回收目的。

整個清除裝置需要引進(jìn)水源，并對其進(jìn)行合理的配合控制才能較好地實(shí)現(xiàn)除塵等目的。由于泵站水箱的水源來源于水部噴槍站上水管路，因此在上水控制中，將現(xiàn)場信號/數(shù)據(jù)等信息與供水除塵部門PLC進(jìn)行通訊。同時，由于裝置安裝位置所限，配電箱中沒有硬線或者光纖能聯(lián)通至變電所，這就導(dǎo)致該系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)與故障反饋無法及時傳到變電所的PLC。為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效果，滿足現(xiàn)場控制要求，所以使用了與噴槍同型號額Modbus現(xiàn)場總線技術(shù)的IO模塊接入堆場灑水系統(tǒng)并組態(tài)連接。對其進(jìn)行Modbus地址映射以一個一維數(shù)組的形式讀入PLC中供PLC讀寫。并以水部PLC作為中轉(zhuǎn)站，通過LOGIX5000軟件中message指令，實(shí)現(xiàn)洗帶裝置配電箱、水部PLC、變電所PLC三方面的通訊。

二、技術(shù)方案

本文總體的設(shè)計(jì)思路為：

首先，將頭部噴淋上水的設(shè)備信號接入堆場灑水控制系統(tǒng)。如圖1所示，上水設(shè)備的信號較多。所以使用了與噴槍同型號Modbus現(xiàn)場總線技術(shù)的IO模塊接入堆場灑水系統(tǒng)并組態(tài)連接，其通訊指令、程序及數(shù)組見下圖2和圖3。對其進(jìn)行Modbus地址映射以一維數(shù)組的形式讀入PLC中供PLC讀寫（見圖3 B25數(shù)組）。

然后，因?yàn)镾S8的控制PLC與水部PLC均為ABLOGIX 5000控制器，且在同一局域網(wǎng)中，因此使用message指令同步，并設(shè)計(jì)心跳位來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。具體步驟為：

message指令中的通訊類型一欄選中“CIP DATA TABLE WRITE/READ”，即對控制器以外的設(shè)備傳輸或接受信息，程序中的通訊分為兩組，一組為讀取水部傳輸過來的數(shù)據(jù)，一組為傳輸給水部的數(shù)據(jù)。然后，在組態(tài)時輸入目標(biāo)控制器的路徑地址，如果在I/O組態(tài)中有該控制器，也可從browse中直接獲得。最后，將要進(jìn)行傳輸?shù)脑磾?shù)組和目標(biāo)數(shù)組的結(jié)構(gòu)標(biāo)簽填入“source/destination element”。

水部PLC將現(xiàn)場設(shè)備的“水泵故障”、“水位低”、“合閘信號”等信號（B25數(shù)組）傳入變電所PLC，再將其與皮帶機(jī)的三臺電機(jī)運(yùn)行信號結(jié)合輸出通訊至水部的（BD BEGIN 0.0），將信號返回至水部PLC，通過其輸出至泵站配電箱，進(jìn)而進(jìn)行灑水啟動控制。同時，水部噴槍站亦可結(jié)合水箱水位信號等條件，判斷何時打開上水閥門，對設(shè)備進(jìn)行供水。

三、噴灑控制方案

通過皮帶運(yùn)行的PLC程序與現(xiàn)場洗帶控制箱的I/O相配合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動啟動和停止;結(jié)合溫控開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)電加熱系統(tǒng)的自動啟動和停止。

自動模式控制時，I/O模塊接收到皮帶運(yùn)行信號并且沒有任何故障信號時，發(fā)出電動閥開閥指令，當(dāng)I/O模塊輸入端接收到電動閥開到位的反饋信號后，發(fā)出變頻器運(yùn)行指令信號，高壓泵站的水泵通過變頻器調(diào)速控制，將壓力恒定在0.7MPa左右，高壓水刀正常工作。

本地模式時，通過控制箱控制面板上的按鈕可單獨(dú)操作水刀清洗運(yùn)行/停止、補(bǔ)水電動閥打開/關(guān)閉、加壓泵站及電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行/停止，方便現(xiàn)場檢查和維護(hù)。

安裝進(jìn)水水流開關(guān)，無水或者水量很小時，水流開關(guān)反饋給IO模塊，IO輸出報(bào)警信號，同時斷開變頻器運(yùn)行信號，高壓泵站停止工作，控制面板上的水流異常報(bào)警指示燈點(diǎn)亮。同時電動閥、變頻器、電伴熱的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)I/O模塊時刻反饋到泵站控制箱，當(dāng)出現(xiàn)故障信號時，可以報(bào)錯斷開水泵運(yùn)行輸出指令。

四、應(yīng)用情況

該技術(shù)已成功應(yīng)用于煤四期堆場堆料皮帶機(jī)BD3。自2020年8月投入運(yùn)行以來，從根本上徹底解決了堆場堆料帶式輸送機(jī)頭部回程皮帶的物料甩帶和運(yùn)行起塵問題，顯著改善回程皮帶的運(yùn)行穩(wěn)定性，有效改善回程區(qū)域與皮帶工作面接觸的改向滾筒包膠、平托輥筒皮與物料間的帶料磨損，運(yùn)行壽命顯著延長。實(shí)現(xiàn)了將頭部滾筒濕粘物料進(jìn)行封閉定點(diǎn)收集，起到了良好治理效果。

五、實(shí)施效果對比

在改造前頭部滾筒部位起塵、頭部滾筒濕粘煤泥堆積、回程平托部位煤泥堆積嚴(yán)重，通過上述技術(shù)的實(shí)施，有效解決了頭部滾筒起塵問題。

六、方案改造后經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

（一）年節(jié)支物料清理費(fèi)用

由于皮帶機(jī)為1000多米長皮帶，濕粘煤的沿程甩帶比較突出，在未有效隔離時，需投入大量的人力進(jìn)行人工清理和流機(jī)倒運(yùn)。改造后，物料甩帶被集中系統(tǒng)收集，沿線的甩帶量大大減少。與此同時，可將撒漏的物料可靠控制在有限的區(qū)域內(nèi)，大大降低了清理難度和二次揚(yáng)塵，同時無需出動流機(jī)即可，每日可減少的人工數(shù)計(jì)10人，流機(jī)5臺。

（二）年節(jié)支回程滾筒、托輥更換費(fèi)用

1.改進(jìn)前，由于回程物料、煤泥甩帶嚴(yán)重，回程滾筒膠面和平托輥筒皮磨損嚴(yán)重，使用壽命短。年均滾筒膠面維修數(shù)量約5個，年均回程平托輥筒皮磨損失效更換數(shù)量約200根;

2.改造后，回程皮帶粘附物料及煤泥得到有效清理和回收，回程滾筒膠面和平托輥筒皮使用壽命大幅度提高。年均滾筒膠面維修數(shù)量約1個，年均回程平托輥因筒皮磨損失效更換數(shù)量約20根;

3.回程改向滾筒包膠、筒皮維修及更換費(fèi)用，約：8萬元/根;回程平托輥采購及更換費(fèi)用，約：0.15萬元/根;

（三）年新增利潤

1.改造總體投入費(fèi)用150萬元，綜合使用壽命5年計(jì)算，則年改造成本：30萬元;

2.裝卸費(fèi)綜合利潤：20元/噸;

3.系統(tǒng)運(yùn)行臺時產(chǎn)量：由4000噸/小時提升至4085噸/小時（改造后輸送帶回程物料及煤泥甩帶得到有效控制，減少停機(jī)清理時間，滾筒及平托輥的運(yùn)行故障率顯著下降，運(yùn)行效率得到有效提升）;

4.系統(tǒng)平均利用率：53 %;

5.在現(xiàn)有系統(tǒng)利用率下，新增煤炭吞吐量：39.5萬噸;則年新增利潤760萬元。

綜上所述，該成果合計(jì)為公司年創(chuàng)造效益：1278.9萬元。

七、結(jié)束語

本文結(jié)合自己的工作實(shí)際對皮帶機(jī)頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證分析。通過實(shí)際工程使用驗(yàn)證來看，本文所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，其結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的方案切實(shí)可行，能夠渠道較好的控制效果;同時，從經(jīng)濟(jì)收益上來，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)收益。

作者單位：張晨? ? 河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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