皮帶卸料小車(chē)控制系統(tǒng)的改造與應(yīng)用

何忠　王明潔

【摘要】本文針對(duì)皮帶卸料小車(chē)在日常運(yùn)行狀態(tài)下，與其配套搭載的移動(dòng)電纜滑線(xiàn)小車(chē)存在故障率高、維修難度大、維護(hù)成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用電纜卷筒供電方式結(jié)合無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)皮帶卸料小車(chē)穩(wěn)定供電，降低了設(shè)備維護(hù)成本，提高了設(shè)備利用率。

【關(guān)鍵詞】卸料小車(chē)；藍(lán)牙；自動(dòng)控制

1、皮帶卸料小車(chē)簡(jiǎn)介

1.1 用途及其重要性

皮帶卸料小車(chē)是化工生產(chǎn)過(guò)程中輸送系統(tǒng)必不可少的布料設(shè)施，其作用是將給料皮帶機(jī)上的物料按照指令布料于指定的料倉(cāng)中。卸料小車(chē)在實(shí)現(xiàn)多料倉(cāng)布料過(guò)程中，需要沿著給料皮帶機(jī)運(yùn)行方向往復(fù)行走，為卸料小車(chē)供電的移動(dòng)電纜滑線(xiàn)小車(chē)同樣沿滑線(xiàn)往復(fù)行走。在此過(guò)程中，移動(dòng)電纜滑線(xiàn)小車(chē)供電的穩(wěn)定性，直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率，而移動(dòng)電纜滑線(xiàn)小車(chē)的返修率同樣影響著整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)成本。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

目前，皮帶卸料小車(chē)因具體使用工段不同，結(jié)構(gòu)存在微小差異，但大體結(jié)構(gòu)相同，機(jī)械設(shè)備包括送料皮帶、收塵罩、卸料可逆皮帶、小車(chē)軌道、送料皮帶架等，電氣設(shè)備包括卸料小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、卸料可逆皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、小車(chē)抱閘線(xiàn)圈、皮帶跑偏開(kāi)關(guān)等，示意圖如圖1所示：1、送料皮帶 2、收塵罩 3、卸料可逆皮帶 4、跑偏檢測(cè)開(kāi)關(guān)5、小車(chē)軌道 6、送料皮帶架 7、旋轉(zhuǎn)編碼器

2、存在的問(wèn)題及其原因分析

2.1 存在的問(wèn)題

我廠(chǎng)卸料小車(chē)配備的控制柜位于低壓配電室，供電電纜采用3根三芯柔性電力電纜和2根兩芯柔性信號(hào)電纜，這5根電纜通過(guò)滑線(xiàn)小車(chē)與卸料小車(chē)連接，并隨卸料小車(chē)在小車(chē)軌道上移動(dòng)，這種供電和信號(hào)傳輸方式導(dǎo)致滑線(xiàn)小車(chē)和電纜頻繁出現(xiàn)故障，由此引發(fā)DCS控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)卸料小車(chē)的精準(zhǔn)定位。在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中，操作人員在現(xiàn)場(chǎng)使用“手動(dòng)”按鈕控制卸料小車(chē)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同料倉(cāng)的卸料，此操作需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)看護(hù)卸料小車(chē)是否到位，而卸料現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極差，高粉塵和高噪音嚴(yán)重影響操作人員的身體健康，除此之外，連續(xù)的“手動(dòng)”控制卸料小車(chē)，操作人員不能及時(shí)掌握料倉(cāng)的料位，導(dǎo)致進(jìn)料不均衡，影響后續(xù)上料系統(tǒng)的運(yùn)行，無(wú)法充分發(fā)揮DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，由于卸料小車(chē)供電系統(tǒng)頻繁的出現(xiàn)故障，增加維修設(shè)備的勞動(dòng)力投入，提高了維護(hù)成本，且電工在維修設(shè)備時(shí)需架設(shè)梯子，屬于高空作業(yè)，存在安全隱患。

2.2 原因分析

經(jīng)對(duì)我廠(chǎng)不同工段卸料小車(chē)出現(xiàn)故障的原因分析，主要有以下兩條：1. 新疆冬天天氣比較寒冷，廠(chǎng)區(qū)內(nèi)面積較大的布料廠(chǎng)房無(wú)供暖設(shè)施，在此情況下供電電纜和信號(hào)電纜因頻繁的拉升和彎曲運(yùn)動(dòng)造成絕緣開(kāi)裂破損，使供電系統(tǒng)短路或接地。2.我廠(chǎng)生產(chǎn)原料主要為石灰和焦炭，在布料過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，使滑線(xiàn)小車(chē)軸承干澀抱死，造成電纜被拉斷或擠斷。

3、改造方案詳述

3.1 設(shè)計(jì)思路

基于以上原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)小車(chē)動(dòng)力電源用電纜卷筒供電的方式進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用、替換改造，并將控制箱安裝到卸料小車(chē)上，只對(duì)卸料小車(chē)提供一路三相四線(xiàn)電源；所有的電機(jī)控制信號(hào)、位置信號(hào)通過(guò)改造用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)替代現(xiàn)場(chǎng)柔性信號(hào)電纜。

3.2 設(shè)備選型

針對(duì)以上方案的改造思路，設(shè)計(jì)用電纜卷盤(pán)替代目前的電纜供電方式，用無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備替代柔性電纜，對(duì)二者的選型如下：

電纜自動(dòng)收發(fā)設(shè)備又稱(chēng)電纜卷盤(pán)或電纜卷線(xiàn)器，以其安裝空間小、維護(hù)方便、使用可靠及成本低等特點(diǎn)取代滑觸線(xiàn)而成為移動(dòng)傳輸領(lǐng)域（動(dòng)力、數(shù)據(jù)及流體介質(zhì)）的主流解決方案。電纜卷線(xiàn)器的技術(shù)難點(diǎn)是要保證卷繞速度與設(shè)備移動(dòng)速度的同步，同時(shí)還要保證卷繞過(guò)程中電纜所受拉力適中，本次設(shè)備選型滿(mǎn)足以下現(xiàn)場(chǎng)需求條件：（a）電纜規(guī)格及種類(lèi)：YC3*4+1*2.5；（b）卷繞長(zhǎng)度：50米；（c）設(shè)備移動(dòng)速度：0-25米/分鐘；（d）應(yīng)用方式：水平安裝方式、單端出線(xiàn)方向。

無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備需檢測(cè)小車(chē)的不同狀態(tài)信號(hào)，包括啟停信號(hào)、工作狀態(tài)信號(hào)、故障信號(hào)、抱閘信號(hào)、小車(chē)位置信號(hào)等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況和實(shí)際需求，采用一對(duì)菲尼克斯無(wú)線(xiàn)MUX模塊實(shí)現(xiàn)16個(gè)數(shù)字信號(hào)和2個(gè)模擬信號(hào)的雙向傳輸，取代目前的信號(hào)電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的1.2版本，運(yùn)行于國(guó)際認(rèn)可的2.4G免費(fèi)頻段，不會(huì)與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò)發(fā)生干擾，且2.4G頻段遠(yuǎn)離工廠(chǎng)常用的變頻、弧焊等不同設(shè)備的工作頻段和諧波頻段，該模塊使用的跳頻擴(kuò)頻藍(lán)牙通信協(xié)議確保了通信的實(shí)時(shí)性，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。

除此之外，為完善當(dāng)前的DCS控制，最大限度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制卸料小車(chē)，設(shè)計(jì)采用安裝在卸料小車(chē)驅(qū)動(dòng)輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)卸料小車(chē)位置進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合固定位置上的接近開(kāi)關(guān)信號(hào)對(duì)卸料小車(chē)的位置進(jìn)行校正，避免卸料小車(chē)在啟動(dòng)和剎車(chē)過(guò)程中，因滑動(dòng)而產(chǎn)生的編碼器檢測(cè)位置偏差；對(duì)于料倉(cāng)內(nèi)物料高度，選用E+H240雷達(dá)料位儀進(jìn)行檢測(cè)。

3.3 效果分析

卸料小車(chē)供電方式改造完成后，大大減少了維修電工的勞動(dòng)量，降低了勞動(dòng)難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)約了設(shè)備維護(hù)成本；對(duì)料位儀的改造實(shí)現(xiàn)卸料小車(chē)可根據(jù)料倉(cāng)位置的高低，自動(dòng)選擇較低料位的料倉(cāng)進(jìn)行布料；卸料小車(chē)位置的自動(dòng)校正實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的精準(zhǔn)定位，誤差不超過(guò)50mm。新系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，充分發(fā)揮了DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控，避免了操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題和安全問(wèn)題。

4、結(jié)論

皮帶卸料小車(chē)控制系統(tǒng)的順利改造，解決了電石生產(chǎn)過(guò)程中困擾原料輸送的一大難題，是無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)與傳統(tǒng)電氣設(shè)備的成功融合。在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，仍有其他方面需加以改進(jìn)：（a）基于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的原因，控制箱體的密封性和防護(hù)等級(jí)需要提高，后期計(jì)劃將現(xiàn)場(chǎng)控制箱體門(mén)用螺絲固定，不再采用電工鎖；（b）所有進(jìn)出線(xiàn)接口采用航空插頭連接，取消用穿線(xiàn)孔，防止粉塵進(jìn)入控制箱內(nèi)，影響系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行和電氣設(shè)備壽命；（c）另外需提高電工維護(hù)人員的維護(hù)技能，派專(zhuān)人進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)，以增強(qiáng)改造后對(duì)供電和信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備的檢修力量。