摘要：順和選煤廠在生產(chǎn)過程中基本無人值守，對自動化水平依賴程度高。為提高自動化系統(tǒng)的可靠性，對原煤皮帶運輸系統(tǒng)進(jìn)行了防堵塞保護(hù)的自動控制和雙機(jī)啟動的集中控制的改造。經(jīng)過改造，實現(xiàn)了兩臺電機(jī)的主從驅(qū)動以及對機(jī)頭導(dǎo)料槽防堵塞的自動警報和停機(jī)的自動保護(hù)，提高了自動化的可靠性，改善了工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：煤炭開采；皮帶運輸系統(tǒng)；系統(tǒng)改造；自動控制；主從驅(qū)動 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP69 文章編號：1009-2374（2015）03-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0208

1 概述

順和選煤廠是永煤集團(tuán)為探索運營“精簡、高效”型選煤廠而建立的探索型選煤廠。該廠以“多上設(shè)備少上人”為建廠理念，通過將全廠的生產(chǎn)系統(tǒng)與辦公系統(tǒng)納入集中控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無人值守化及人力系統(tǒng)的精簡化。該廠設(shè)計生產(chǎn)能力為100Mt/a，現(xiàn)有員工共64人，在生產(chǎn)過程中，全廠生產(chǎn)系統(tǒng)只設(shè)置了4個固定崗位。經(jīng)過近1年的運營及改造，除固定崗位外，目前廠內(nèi)生產(chǎn)過程中基本實現(xiàn)無人值守。借助設(shè)計中自動/集中控制系統(tǒng)的開放性及使用過程的探索，廠內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)過程中遇到的實際問題對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了局部改造，大大提升了自動/集中控制系統(tǒng)的可靠性，形成了對全廠有效的系統(tǒng)監(jiān)控和自動控制/保護(hù)。

實際生產(chǎn)過程中，原煤皮帶運輸系統(tǒng)缺少防冒煤事故的自動保護(hù)控制系統(tǒng)。由于設(shè)計缺陷的存在，無人值守時可能造成冒煤事故的發(fā)生以及可能因此而造成的一系列生產(chǎn)經(jīng)營問題。為解決這個問題，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了防堵塞自動保護(hù)改造和一鍵雙機(jī)啟動的改造，切實解決了廠內(nèi)原煤系統(tǒng)存在的問題。

2 改造前的分析

在未進(jìn)行改造之前，由于原系統(tǒng)設(shè)計中存在不完善性，原煤自動控制系統(tǒng)中缺少對可能存在的“冒煤”風(fēng)險的應(yīng)對措施。系統(tǒng)預(yù)防措施的缺失曾造成廠內(nèi)原煤系統(tǒng)“冒煤”事故的發(fā)生，給生產(chǎn)過程和經(jīng)營過程帶來不良影響，且由此造成的一系列生產(chǎn)問題，給廠里帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失和大量的額外勞動需求。針對這個問題，廠內(nèi)做了總結(jié)分析，對可能造成自動/集控系統(tǒng)可靠性降低的原因進(jìn)行了匯總。

2.1 機(jī)頭溜槽堵塞

原煤濕度較大時，煤的粘結(jié)能力較強(qiáng)。當(dāng)較濕的原煤在原煤運輸系統(tǒng)中經(jīng)過時，會在導(dǎo)料槽的壁上粘留，并且隨時間而不斷堆積，造成導(dǎo)料槽的堵塞。同時，由于原設(shè)計的系統(tǒng)中沒有應(yīng)對堵塞問題的防堵塞保護(hù)的自動控制程序，若調(diào)度人員不能及時發(fā)現(xiàn)機(jī)頭的堵塞問題，在短時間內(nèi)就會造成大量原煤的積存，產(chǎn)生嚴(yán)重的冒煤事故。

2.2 電機(jī)容易過載

由于冒煤事故的發(fā)生，會造成原煤皮帶被壓死。當(dāng)需要皮帶再次啟動時，由于原煤皮帶大量帶煤，而原設(shè)計中用于驅(qū)動原煤運輸皮帶的兩臺電機(jī)由于功率問題，一臺電機(jī)不能提供足夠驅(qū)動力來實現(xiàn)皮帶的過載啟動，兩臺電機(jī)又不能通過同步運行來提供驅(qū)動力，所以需將原煤皮帶的載煤卸載，然后再進(jìn)行啟動，由此造成大量額外勞動需求。

由于上述問題的存在，選煤廠對原煤運輸系統(tǒng)的改造勢在必行，這對提高原煤系統(tǒng)處理量，減輕廠里員工的勞動量，改善員工工作環(huán)境都有十分重要的意義。

3 改造的具體措施

順和選煤廠是永煤集團(tuán)為進(jìn)行選煤廠改革而進(jìn)行投建的試驗型選煤廠，廠內(nèi)所有生產(chǎn)過程均被納入自動/集中控制系統(tǒng)。建廠初期，考慮到設(shè)計可能存在的不完善性，為便于生產(chǎn)過程中根據(jù)實際情況對系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，建廠所采用的自動/集中控制系統(tǒng)模塊化強(qiáng)、開放性好，容易實現(xiàn)對局部系統(tǒng)的更改。因此，廠內(nèi)在對原煤皮帶系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計時，通過加裝相關(guān)監(jiān)測元件，并將監(jiān)測信號通過接入PLC集控系統(tǒng)，由上位機(jī)的組態(tài)編程軟件進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)防堵塞保護(hù)的自動控制及雙機(jī)驅(qū)動改造的遠(yuǎn)程控制，從而提高自動/集中控制系統(tǒng)的可靠性。

3.1 防堵塞自動控制系統(tǒng)的改造

如果礦井來煤較濕，則原煤易于在機(jī)頭導(dǎo)料槽處粘留，隨時間而累積，最終導(dǎo)致機(jī)頭導(dǎo)料槽堵塞，造成冒煤事故。如調(diào)度人員未及時發(fā)現(xiàn)，會造成事故的擴(kuò)大，導(dǎo)致大量額外勞動需求的產(chǎn)生。為解決這一問題，根據(jù)順和選煤廠實際系統(tǒng)情況對其進(jìn)行了改造，使其能夠?qū)Χ氯鹿首詣訄缶c停機(jī)保護(hù)，其工作原理圖如圖1所示：

防堵塞保護(hù)系統(tǒng)的改造中，需在皮帶機(jī)頭導(dǎo)料槽兩側(cè)對稱安裝光電開關(guān)，開關(guān)量信號通過開關(guān)量輸入模塊輸入PLC系統(tǒng)中，通過上位機(jī)編程控制軟件RSLogixTM 5000，對輸入信號進(jìn)行判斷。如圖1所示，光電開關(guān)信號斷開時，會通過開關(guān)量輸入模塊將斷開信號輸入到PLC系統(tǒng)中，通過上位機(jī)的組態(tài)編程控制軟件對該信號作出判斷。若信號斷開時間超過預(yù)置時間，則程序會根據(jù)預(yù)設(shè)命令發(fā)出堵塞警報，并且將電機(jī)控制程序段斷開，使電機(jī)停止工作，從而實現(xiàn)對機(jī)頭防堵塞的自動警報與保護(hù)。光電開關(guān)安裝時，要充分考慮導(dǎo)料槽情況，如果位置不合適會使程序經(jīng)常性地發(fā)出誤動作。在進(jìn)行程序段指令編寫時，需要設(shè)置合理的信號斷開判斷的延時時間，避免因系統(tǒng)反應(yīng)過靈敏而出現(xiàn)的誤判斷，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

3.2 “一建雙機(jī)”的改造

在原煤運輸系統(tǒng)中，301運輸皮帶有兩臺驅(qū)動電機(jī)。通過集中控制系統(tǒng)，可以在調(diào)度室的操作界面選擇對某一電機(jī)進(jìn)行啟停控制。由于原設(shè)計中，兩臺電機(jī)的運動不同步，所以無法通過共同運行來為過載皮帶的再次啟動提供足夠驅(qū)動力。為了實現(xiàn)電機(jī)的同步驅(qū)動，在對兩臺電機(jī)進(jìn)行改造時，通過增加主從變頻器來對兩臺交流異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實現(xiàn)兩臺電機(jī)的同步運行。兩臺電機(jī)之間的連接為剛性連接，通過主從變頻器力矩分配模式的設(shè)定，使兩臺電機(jī)之間形成主從驅(qū)動。實際工作中，將變頻器接入PLC系統(tǒng)，通過擴(kuò)展模塊輸出-10～10V之間的模擬量給定信號，可實現(xiàn)對電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。在實施過程中，通過主變頻模擬量輸出其轉(zhuǎn)矩，并將此轉(zhuǎn)矩通過模擬量輸送給從變頻，對從變頻器施以力矩控制。通過主從變頻的力矩給定控制，保證兩臺電機(jī)之間嚴(yán)格同步。主從變頻器在對原煤皮帶的兩臺電機(jī)里的改造中，兩臺電機(jī)之間采用的是剛性連接，因此對從機(jī)采取轉(zhuǎn)矩控制的方法，并保證兩臺電機(jī)之間不能有速度誤差。為讓兩臺電機(jī)之間可以在主從控制和獨立運行之間進(jìn)行切換，可以通過數(shù)字輸入串口來完成這一過程。系統(tǒng)改造中，通過在調(diào)度室內(nèi)的操作界面上做出對兩臺電機(jī)進(jìn)行控制的按鈕，即可實現(xiàn)對兩臺電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)模式，即可實現(xiàn)兩臺電機(jī)的單獨/聯(lián)合啟動控制的在線切換。

4 改造效果及結(jié)論

將原煤皮帶運輸系統(tǒng)改造以后的使用情況與未改造之前進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)改造后的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）通過防堵塞保護(hù)系統(tǒng)的改造應(yīng)用，實現(xiàn)了導(dǎo)料槽防堵塞保護(hù)的自動控制，提高了自動化過程的可靠性；（2）通過雙機(jī)主從驅(qū)動的改造，使兩臺電機(jī)能同時為皮帶提供驅(qū)動力，實現(xiàn)了皮帶的過載驅(qū)動；（3）通過原煤皮帶系統(tǒng)的自動/集中控制的改造應(yīng)用，實現(xiàn)了防堵塞保護(hù)的自動控制及雙機(jī)啟動的調(diào)度室操作，提高了自動化過程的可靠性，降低了勞動需求，為廠里帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

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[3] 羅克韋爾自動化.RSLogixTM 5000編程簡介.

作者簡介：韓建成，男，河南洛陽人，河南能源永煤集團(tuán)順和選煤廠廠長，中級工程師，研究方向：電氣自動化與企業(yè)管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）