劉星平，童 榮

（1. 湖南工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)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(yùn)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(yùn)料小車是否能移動(dòng)到相應(yīng)的料倉進(jìn)料口位置，只能依靠人的感覺和經(jīng)驗(yàn)來大致確定，操作難免會(huì)出現(xiàn)較大的誤差和故障，特別是小車要移動(dòng)到首端或尾端的料倉位置時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)小車碰到終端的保護(hù)擋板，致使電動(dòng)機(jī)的阻力增大，引起過流保護(hù)動(dòng)作甚至熔斷器動(dòng)作的故障［1］，嚴(yán)重影響到電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行及運(yùn)料小車的機(jī)械性能.另外，因?yàn)闆]有運(yùn)料小車對應(yīng)庫位的顯示信號，也不能在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制［2，3］.

目前，原有除塵系統(tǒng)共負(fù)責(zé)6 個(gè)成品倉的除塵.6 個(gè)成品倉集塵管道各設(shè)手動(dòng)閥門一個(gè).除塵系統(tǒng)管道閥門完全由人工手動(dòng)控制，不能和設(shè)備的工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，除塵系統(tǒng)達(dá)不到應(yīng)有的除塵效果.由于設(shè)計(jì)缺陷，部分閥門不便于人工操作，此外因?yàn)楝F(xiàn)場粉塵較大，溫度較高（特別是夏天的時(shí)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(diǎn)同步開啟，這樣就導(dǎo)致正在加料的成品倉內(nèi)除塵負(fù)壓不足，進(jìn)料口粉塵外溢，工作環(huán)境變得更加惡劣，還嚴(yán)重影響到周圍的生產(chǎn)設(shè)備，也給工作人員身體健康帶來影響.

1 運(yùn)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(gè)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(gè)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(jī)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(jī)輸送給2 號煉鋼爐.備料倉是作為機(jī)動(dòng)車運(yùn)料用的.輸料小車系統(tǒng)可以向正反方向行走，小車上的運(yùn)料皮帶可以實(shí)現(xiàn)正反向送料.為了防止運(yùn)料小車在下料時(shí)所產(chǎn)生的粉塵四處擴(kuò)散，在各個(gè)料倉的進(jìn)料口處安裝一個(gè)除塵閥，吸收的粉塵經(jīng)吸塵總管運(yùn)送到除塵站.

圖1 運(yùn)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(yùn)小車的行走控制，在正常情況下，運(yùn)料小車停在某個(gè)位置，其他料倉有呼車要求時(shí)，小車能自動(dòng)起動(dòng)并行駛到相應(yīng)的位置.

除塵系統(tǒng)［4］安裝電動(dòng)除塵閥，能控制開（或關(guān)）動(dòng)作.此外，還有閥門開（或關(guān)）到位的信號引出.電動(dòng)除塵閥的打開（或關(guān)閉）也能控制運(yùn)料小車所處的倉位相.當(dāng)送運(yùn)小車停在某個(gè)料倉的進(jìn)料口上方位置時(shí)，自動(dòng)延時(shí)起動(dòng)除塵閥的打開動(dòng)作，除塵閥開到位時(shí)，自動(dòng)停止打開動(dòng)作.當(dāng)送運(yùn)小車離開某個(gè)料倉的進(jìn)料口上方位置時(shí)，自動(dòng)延時(shí)一段時(shí)間并起動(dòng)除塵閥的關(guān)閉動(dòng)作，除塵閥關(guān)到位時(shí)，自動(dòng)停止關(guān)閉動(dòng)作.

設(shè)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(diǎn)控制相應(yīng)的動(dòng)作.

PLC 的輸入端一共有20 個(gè)開關(guān)量的輸入信號、14 個(gè)開關(guān)量的輸出信號點(diǎn)，如圖2 所示.其中有6 個(gè)小車位置定位信號，2 個(gè)小車的極限位置檢測信號，6 個(gè)電動(dòng)除塵閥對應(yīng)的閥開到位信號，6 個(gè)電動(dòng)除塵閥對應(yīng)的閥關(guān)到位信號.2 個(gè)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(diǎn)控制運(yùn)料小車的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)動(dòng)作，如圖3 所示.Q1.4～Q2.7 分別驅(qū)動(dòng)輸出繼電器KA1～KA12，再由KA1 至KA12 的常開觸點(diǎn)控制6 個(gè)電動(dòng)除塵閥對應(yīng)的閥開和閥關(guān)動(dòng)作，如圖4 所示.

圖2 PLC 的輸入輸出接線圖

圖3 運(yùn)料小車的PLC控制接線圖

圖4 電動(dòng)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(yùn)料小車的位置檢測采用磁開關(guān)感應(yīng)的方式，其理由如下：

運(yùn)料小車的行走電動(dòng)機(jī)是普通的三相交流電動(dòng)機(jī)，經(jīng)多次測試得知該運(yùn)料小車的剎車制動(dòng)距離為6 cm 左右.根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，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(yùn)料小車靠近兩頭的某個(gè)位置豎向安裝長8 cm、寬2 cm、厚1 cm 的感應(yīng)磁鐵，通過支架把磁開關(guān)安裝在某個(gè)對應(yīng)的下料口的相應(yīng)位置.經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試表明，靠近磁鐵的兩邊4 cm 的范圍，磁開關(guān)都能感應(yīng)出開關(guān)信號.所以當(dāng)運(yùn)料小車靠近某個(gè)下料口時(shí)，感應(yīng)信號立即傳送給主控制室的PLC，執(zhí)行程序后，立即復(fù)位運(yùn)料小車電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行信號.在電動(dòng)機(jī)剎車制動(dòng)距離內(nèi)，磁開關(guān)都能感應(yīng)出信號，而此開關(guān)的磁感應(yīng)方式不存在直接碰撞和接觸的問題，也不會(huì)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(yùn)料小車位置定位檢測方式.

4 遠(yuǎn)程控制實(shí)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(shè)計(jì)［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(yùn)料小車的正反向行走控制.在現(xiàn)場的控制箱上有一個(gè)切換開關(guān)1SA1，用于選擇中控室的遠(yuǎn)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(dòng)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(shè)計(jì)和PLC 程序控制，相關(guān)的PLC 輸出信號通過光纖遠(yuǎn)程傳輸可以在控制室實(shí)現(xiàn)電動(dòng)除塵閥的手動(dòng)和自動(dòng)控制，閥門的開啟和關(guān)閉動(dòng)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(gè)切換開關(guān)2SA-1，用于選擇中控室的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制或人工現(xiàn)場用機(jī)械扳手操作控制.

4.1 小車遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法

在中控室的電腦（工控機(jī)）上，利用WINCC 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)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(yīng)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(yùn)料小車呼車解除按鈕、故障狀態(tài)下的位置強(qiáng)制按鈕及強(qiáng)制急停開關(guān)等內(nèi)容.

圖5 運(yùn)料小車及除塵系統(tǒng)的組態(tài)開發(fā)設(shè)計(jì)

在畫面中有“運(yùn)料小車遠(yuǎn)程控制”和“運(yùn)料小車現(xiàn)場手動(dòng)”的提示，且運(yùn)料小車的現(xiàn)場控制箱的切換開關(guān)處于“PLC 遠(yuǎn)程控制”位置時(shí)，小車停在某一倉位，送料系統(tǒng)沒有起動(dòng)，運(yùn)料車強(qiáng)制急停開關(guān)處于OFF 狀態(tài)（紅色），可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的遠(yuǎn)程控制.按下倉位對應(yīng)的小車呼車按鈕，呼車信號會(huì)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(shí)現(xiàn)正向或反向移動(dòng).

當(dāng)出現(xiàn)小車溜車或小車沒有移動(dòng)到目標(biāo)位置就停止時(shí)，運(yùn)料小車位置故障指示為紅色并閃爍；當(dāng)小車越過兩端倉位信號而達(dá)到極限位置時(shí)，對應(yīng)的報(bào)警燈柱信號會(huì)出現(xiàn)并閃爍.可以進(jìn)行強(qiáng)制操作來實(shí)現(xiàn)小車的移動(dòng)，這時(shí)點(diǎn)擊運(yùn)料小車監(jiān)控畫面中的“運(yùn)料小車強(qiáng)制急停”開關(guān)，小車運(yùn)動(dòng)會(huì)強(qiáng)制停止.

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

圖6 運(yùn)料小車的強(qiáng)制控制監(jiān)控畫面

4.2 料倉除塵遠(yuǎn)程監(jiān)制的實(shí)現(xiàn)

可以在控制室的電腦上實(shí)現(xiàn)電動(dòng)除塵閥的手動(dòng)和自動(dòng)控制.黑色的矩形按鈕對應(yīng)除塵閥的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制按鈕，在控制室遠(yuǎn)程按監(jiān)控畫面中的手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的打開或關(guān)閉動(dòng)作.電動(dòng)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(dòng)閥的打開和關(guān)閉是根據(jù)對應(yīng)倉位的情況自動(dòng)完成.例如到達(dá)某個(gè)倉位，打開或延時(shí)打開除塵閥，離開某個(gè)倉位時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間再自動(dòng)關(guān)閉除塵閥，運(yùn)料小車停在某個(gè)倉位時(shí)，對應(yīng)的電動(dòng)閥延時(shí)打開，打開到位時(shí)，停止電動(dòng)閥的打開動(dòng)作，打開到位信號顯示為綠色.

運(yùn)料小車離開某個(gè)倉位時(shí)，對應(yīng)的電動(dòng)閥要延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)開起關(guān)閉動(dòng)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(shí)時(shí)間”方框，可以設(shè)置電動(dòng)除塵閥延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的時(shí)間（時(shí)間為50 s），時(shí)間可在電腦上設(shè)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(shè)計(jì)中考慮延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)斷開“關(guān)閉”的動(dòng)作輸出，這樣可以避免電動(dòng)閥的“關(guān)”驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)中考慮了延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)斷開“開”的動(dòng)作輸出，這樣可以避免電動(dòng)閥的“開”驅(qū)動(dòng)線圈因長期通電而損壞.

5 結(jié)論

該石灰石運(yùn)料小車及自動(dòng)除塵控制的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，經(jīng)過將近2 個(gè)多月的運(yùn)行，達(dá)到了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制的目的和效果，運(yùn)料小車定位精度在3 cm 以內(nèi)，運(yùn)行操作方便、穩(wěn)定可靠，提高了自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率.很好的解決了運(yùn)料小車的位置定位檢測問題，還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車故障時(shí)的應(yīng)急處理，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)除塵閥的動(dòng)作控制與運(yùn)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(shè)計(jì)和應(yīng)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(yīng)用.