淺談裝船機(jī)系統(tǒng)性能提升

孫浩

摘 要：本項(xiàng)目通過(guò)技改裝船機(jī)的控制系統(tǒng)，使操作更加便捷，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。開(kāi)發(fā)智能人機(jī)界面，使裝船機(jī)的狀態(tài)信息更加直觀，故障顯示具體詳細(xì)，降低了操控員按鈕操控的頻率，減輕了操控員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)提高技術(shù)人員的處理故障的相應(yīng)判斷速度，降低了裝船機(jī)的故障時(shí)間，提高了裝船機(jī)的作業(yè)效率。

新司機(jī)室按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)布局，美觀，便捷，空間充足；整體堅(jiān)固，增加穩(wěn)定性；內(nèi)置接線箱，提高可靠性，減少故障率；

新溜筒設(shè)計(jì)，較之前更加簡(jiǎn)潔可靠，降低了整體重量，消除了安全隱患。控制變頻系統(tǒng)采用功能強(qiáng)大的富士變頻器，減少故障率，提能降耗。

關(guān)鍵詞：裝船機(jī)；控制系統(tǒng)；司機(jī)室；溜筒

1、項(xiàng)目背景：某港一期工程裝船機(jī)始建于2000年，運(yùn)行18年以來(lái)，設(shè)備嚴(yán)重老化，其中司機(jī)室控制系統(tǒng)以按鈕操作為主，故障顯示為8段數(shù)碼管顯示，技術(shù)十分落后，急需升級(jí)換代。

裝船機(jī)核心溜筒機(jī)構(gòu)作業(yè)過(guò)程中動(dòng)作頻繁，受煤流沖擊大，設(shè)備安全狀況較差，其溜筒天方地圓處母板磨損嚴(yán)重，多處焊縫開(kāi)裂，存在墜落風(fēng)險(xiǎn)。控制系統(tǒng)采用接觸器控制，低效落后。

針對(duì)以上情況，我們通過(guò)大量的設(shè)計(jì)核算，現(xiàn)場(chǎng)研究，通過(guò)裝船機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)及溜筒機(jī)構(gòu)改造解決以上問(wèn)題，很好的消缺了設(shè)備隱患，提高可靠性，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2. 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

2.1、控制程序組態(tài)及編寫(xiě)

原司機(jī)室控制系統(tǒng)，采用PLC5遠(yuǎn)程I/O模塊，1747適配器，采集現(xiàn)場(chǎng)按鈕信號(hào)，輸出數(shù)字量給故障代碼及指示燈。

我們的解決方案為，將原有的1771落后停產(chǎn)的模塊升級(jí)替換為1794模塊，大量減少按鈕操作，改為觸摸屏操作，減少輸出信號(hào)，總統(tǒng)規(guī)劃如下圖一

2.1.1、設(shè)備組態(tài)

新建1794遠(yuǎn)程機(jī)架采用DH+通訊，終端增加150歐姆電阻；新建觸摸電腦采用雙網(wǎng)線通訊，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及管控登錄。

遠(yuǎn)程槽位為1794 Flex I/O Adaper，適配器選用1794-ASB Series E，其版本型號(hào)需要與硬件匹配，1/2槽尋址方式，并在軟件中選擇相應(yīng)的波特率。

根據(jù)實(shí)際需求，軟件中選擇與硬件匹配的型號(hào)，組態(tài)兩臺(tái)32位，24V數(shù)字量輸入模塊；一臺(tái)32位，24V數(shù)字量輸出模塊；一臺(tái)模擬量8通道模塊。

其S1-7至S1-6的撥碼，根據(jù)軟件組態(tài)分配的邏輯地址7號(hào)機(jī)架，對(duì)照產(chǎn)品撥碼說(shuō)明書(shū)設(shè)置為：S1-1ON、S1-2ON、 S1-3ON、 S1-4OFF、 S1-5OFF、 S1-6OFF的狀態(tài)；S1-7及S1-8選擇相應(yīng)1槽尋址方式；S2-3及S2-4撥碼調(diào)置為OFF狀態(tài)，適應(yīng)32位模塊，其他撥碼位置保持不變。

2.1.2、程序編輯

（1）程序編輯將原有的操作臺(tái)廢除按鈕輸入點(diǎn)進(jìn)行刪除，并根據(jù)實(shí)際情況將保留部分進(jìn)行替換。

（2）模擬量操作桿輸入信息，新建MESSAGE指令，讀寫(xiě)模塊的模擬量信息，經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后，發(fā)送給變頻器。

（3）新建觸摸按鈕程序梯形圖，新建觸摸屏故障報(bào)警梯形圖，結(jié)合老程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)完善。并與觸摸屏建立節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通訊。

2.2、新型控制交互系統(tǒng)：

裝船機(jī)司機(jī)室原操作方式為機(jī)械按鈕操作，操作臺(tái)按鈕數(shù)量較多且有部分按鈕已喪失功能，部分按鈕標(biāo)志牌模糊不清或接線不牢固，操作時(shí)易出現(xiàn)誤操作或者操作失靈現(xiàn)象，提高了裝船機(jī)故障率，嚴(yán)重影響了裝船機(jī)的正常作業(yè)。且操作臺(tái)按鈕陳舊，影響了操控員的作業(yè)情緒和司機(jī)是的整體美觀。

裝船機(jī)司機(jī)室原單機(jī)狀態(tài)顯示通過(guò)指示燈顯示，指示燈損壞后，操控員無(wú)法全面的掌握單機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，影響正常操作。裝船機(jī)司機(jī)室原故障報(bào)警通過(guò)8段數(shù)碼管顯示，出現(xiàn)故障后，操控員不能直接獲取故障信息，必須通過(guò)故障代碼表查詢(xún)故障明細(xì)，技術(shù)落后，復(fù)雜繁瑣。

裝船機(jī)新的操作及狀態(tài)故障顯示控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的HMI人機(jī)界面，該控制系統(tǒng)選用研華PV1000工控機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行通訊。司機(jī)室HMI人機(jī)界面采用Rockwell公司的FactoryTalk View SE人機(jī)界面軟件進(jìn)行編制，該軟件功能強(qiáng)大，編制界面穩(wěn)定可靠。

裝船機(jī)新控制系統(tǒng)HMI人機(jī)界面替代了原操作臺(tái)大部份按鈕的功能，操控員直接通過(guò)點(diǎn)擊人機(jī)界面上的按鈕即可實(shí)現(xiàn)各種操作功能。HMI人機(jī)界面通過(guò)以太網(wǎng)與PLC通訊，無(wú)硬線連接，從根本上杜絕了操作失靈現(xiàn)象。HMI人機(jī)界面按鈕標(biāo)識(shí)清晰，布局合理，極大的降低了誤操作的可能性。HMI人機(jī)界面降低了操控員按鈕操控的頻率，減輕了操控員的勞動(dòng)強(qiáng)度。相對(duì)原操作方式，HMI人機(jī)界面降低了裝船機(jī)的故障率，提高了裝船機(jī)的作業(yè)效率。

裝船機(jī)新控制系統(tǒng)HMI人機(jī)界面通過(guò)多態(tài)指示器顯示裝船機(jī)各機(jī)構(gòu)狀態(tài)，操控員通過(guò)HMI人機(jī)界面能夠直觀的了解裝船機(jī)各機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)狀態(tài)。相比原狀態(tài)顯示方式，HMI人機(jī)界面狀態(tài)顯示清晰明確，杜絕了原顯示方式中由于指示燈損壞造成的顯示錯(cuò)誤現(xiàn)象。

裝船機(jī)新控制系統(tǒng)HMI人機(jī)界面通過(guò)報(bào)警服務(wù)器形成裝船機(jī)故障報(bào)警列表，裝船機(jī)出現(xiàn)故障后直接顯示在故障列表中，操控員可以直接獲知故障明細(xì)并處理。相比原故障報(bào)警方式，操控員通過(guò)HMI人機(jī)界面可及時(shí)獲知故障明細(xì)，無(wú)需查詢(xún)故障代碼表，提高了故障處理的效率。下圖為裝船機(jī)新建控制系統(tǒng)HMI人機(jī)界面：

2.3、人性化司機(jī)室設(shè)計(jì)

司機(jī)室按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，整體堅(jiān)固，美觀、安全隔熱、防火、防雨、全封閉，采用夾層結(jié)構(gòu)，填充隔熱、隔音、阻燃材料，室內(nèi)裝飾絕緣防靜電板材，設(shè)計(jì)有足夠的空間，便于設(shè)備安裝，司機(jī)操作和維修，司機(jī)室玻璃為夾膠雙層鋼化玻璃，并設(shè)至電動(dòng)雨刷器，兩側(cè)設(shè)置可調(diào)窗簾。操作臺(tái)僅保留原有尺寸的1/3，對(duì)按鈕進(jìn)行刪減。座椅可調(diào)節(jié)高度，前后距離和靠背角度，座椅上覆以透氣防滑材料，同時(shí)便于司機(jī)出入。司機(jī)室設(shè)有空調(diào)，小桌板，腿部電吹風(fēng)，微波爐飲水機(jī)等，各項(xiàng)設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)。

新司機(jī)室結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

（1）現(xiàn)有司機(jī)室整體采用不銹鋼材質(zhì)，比原有司機(jī)室更耐腐蝕，壽命更長(zhǎng)。

（2）底座鋼支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固，使司機(jī)室整體更加穩(wěn)固，改造后作業(yè)過(guò)程中司機(jī)室晃動(dòng)明顯減輕。

（3）內(nèi)置接線箱，相比原有司機(jī)室接線箱安裝在司機(jī)室外，減少了雨水、煤塵的影響，提高了接線箱的壽命，減少了接線箱因潮濕、封塵等原因造成的故障。

（4）內(nèi)部操作臺(tái)布置在空間利用方面更加合理。

2.4溜筒的機(jī)械設(shè)計(jì)

2.4.1原溜筒存在的問(wèn)題：

① 原溜筒為3層伸縮結(jié)構(gòu)，2005年改造后伸縮功能已取消，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障較多；

② 原溜筒使用已超過(guò)16年，天方地圓處母板磨損嚴(yán)重，承載能力大幅下降，存在著溜筒可能掉落的安全隱患；

③ 溜筒內(nèi)襯板磨損較快，更換難度大、危險(xiǎn)性高、耗時(shí)長(zhǎng)，維修維護(hù)困難；

④ 溜筒回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置安裝位置緊貼著天方地圓處，維修空間狹小，維護(hù)更換困難；

⑤ 溜筒機(jī)構(gòu)維護(hù)維修工作量大，需要的停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)的影響大。

⑥ 溜筒大鏟拋料距離較小，對(duì)裝船作業(yè)有一定的影響。

⑦ 原溜筒防碰撞設(shè)施效果不好，存在安全隱患；

2.4.2新溜筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了上述問(wèn)題，并采取了多種措施予以解決，具體如下：

① 新溜筒為一層整體機(jī)構(gòu)，去掉了外面的兩層結(jié)構(gòu)，溜筒外徑減小500mm，結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，重量降低；

② 新溜筒外徑縮小后，對(duì)裝船作業(yè)特別是結(jié)艙非常有利，提高了裝船效率和裝船質(zhì)量；

③ 新溜筒天方地圓進(jìn)行了加固，消除了溜筒掉落的安全隱患；

④ 新溜筒天方地圓處襯板設(shè)計(jì)了打格襯板，使用壽命大幅增加，襯板維修量大幅減低；

⑤ 新溜筒重新設(shè)計(jì)了維修平臺(tái)，增加了維修維護(hù)空間，降低了維修工作量、停機(jī)時(shí)間及人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；

⑥ 新溜筒大鏟結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化，襯板采用不銹鋼材質(zhì)，拋料效果大幅提升，提高了裝船效率和裝船質(zhì)量；

⑦ 對(duì)原溜筒防碰撞進(jìn)行了優(yōu)化改造，提高了設(shè)備運(yùn)行安全性能。

2.5溜筒變頻器升級(jí)

在裝船機(jī)作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)變頻器來(lái)控制溜筒回轉(zhuǎn)啟停，回轉(zhuǎn)變頻器在整機(jī)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。從投入使用到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)了十余年的長(zhǎng)期運(yùn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差、不間斷運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，使變頻器老化嚴(yán)重，近幾年故障多發(fā)，經(jīng)常影響裝船機(jī)的正常作業(yè)

此次裝船機(jī)溜筒改造，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)升級(jí)為5.5kw SEW電機(jī)，對(duì)變頻器的要求提高，老變頻器從性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)不能維持正常作業(yè)。經(jīng)過(guò)研究和討論，采用變頻器進(jìn)行控制。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)新電機(jī)的參數(shù)和數(shù)據(jù)，采用富士FRN5.5VG1S-4C變頻器來(lái)控制速度。富士FRN5.5VG1S-4C變頻器是一種高性能矢量控制變頻器，具有控制精度高、參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)易、保護(hù)功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，中文的人機(jī)界面為日常設(shè)備維護(hù)和故障處理帶來(lái)了方便。

變頻器在完成配線連接后可開(kāi)始變頻器的調(diào)試工作。富士FRN5.5VG1S-4C變頻器可選擇的電機(jī)控制方式。裝船機(jī)溜筒回轉(zhuǎn)控制采用無(wú)傳感器矢量控制（異步電機(jī)），該種控制方式通過(guò)電機(jī)電壓、電流推定出速度后進(jìn)行速度控制，然后，通過(guò)矢量控制可實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)、高精度控制。無(wú)需傳感器，通過(guò)調(diào)整控制常數(shù)速度控制可實(shí)現(xiàn)必要的響應(yīng)。

參照電機(jī)銘牌，通過(guò)變頻器操作面板來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行基本數(shù)據(jù)設(shè)定：

在完成基本數(shù)據(jù)設(shè)定之后必須實(shí)施電機(jī)常數(shù)自整定，在自整定的過(guò)程中，變頻器會(huì)對(duì)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁電流、額定負(fù)載滑差、磁飽和系數(shù)、感應(yīng)電壓、2次時(shí)間常數(shù)進(jìn)行測(cè)定和整定，并自動(dòng)寫(xiě)入相應(yīng)電機(jī)。

自整定完成之后，變頻器調(diào)試完畢。新變頻器調(diào)試簡(jiǎn)便，對(duì)控制系統(tǒng)和電機(jī)均具有很高的兼容性，降低了此次設(shè)備改造的復(fù)雜程度，使得此次升級(jí)改造從安裝調(diào)試到設(shè)備運(yùn)行僅用了一天時(shí)間。

溜筒回轉(zhuǎn)變頻器的升級(jí)改造，提升了設(shè)備性能，降低了設(shè)備故障率，統(tǒng)一了備件信息，為日后的維修保養(yǎng)帶來(lái)了很大的便利。

3.發(fā)明點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

（1）新建的控制系統(tǒng)，更加穩(wěn)定可靠。

（2）新建的人機(jī)界面更加智能，簡(jiǎn)便操作，提高效率。

（3）新更換的司機(jī)室，更加舒適耐用，布局合理，符合人機(jī)工程學(xué)。

（4）新更換的溜筒結(jié)構(gòu)、材料等方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，溜筒結(jié)構(gòu)，天方地圓和大鏟襯板，維護(hù)平臺(tái)和溜筒防碰撞改造，使裝船機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)效率、裝船質(zhì)量、人員設(shè)備安全性能都得到了大幅提升，同時(shí)也降低了溜筒的維修維護(hù)工作量。

（5）新升級(jí)的溜筒變頻系統(tǒng)，性能可靠，故障率低，便于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

（6）標(biāo)準(zhǔn)的司機(jī)室更換工藝，對(duì)后期同類(lèi)設(shè)備維修改造具有借鑒意義。

4. 與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究、同類(lèi)技術(shù)的綜合比較

同類(lèi)比較，某港一期工程裝船機(jī)通過(guò)技改裝船機(jī)的控制系統(tǒng)，使操作更加便捷，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。開(kāi)發(fā)智能人機(jī)界面，使裝船機(jī)的狀態(tài)信息更加直觀，故障顯示具體詳細(xì)，降低了操控員按鈕操控的頻率，減輕了操控員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)提高技術(shù)人員的處理故障的相應(yīng)判斷速度，降低了裝船機(jī)的故障時(shí)間，提高了裝船機(jī)的作業(yè)效率。

新司機(jī)室按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)布局，美觀，便捷，空間充足；整體堅(jiān)固，增加穩(wěn)定性；內(nèi)置接線箱，提高可靠性，減少故障率；

新溜筒設(shè)計(jì)，較之前更加簡(jiǎn)潔可靠，降低了整體重量，消除了安全隱患。新升級(jí)的變頻系統(tǒng)采用功能強(qiáng)大的富士變頻器，統(tǒng)籌備件信息，便于維護(hù)及開(kāi)發(fā)，極大的緩解了備件停產(chǎn)，設(shè)備老舊的困難，減少故障率，提能降耗。

5. 結(jié)束語(yǔ)

自設(shè)備成功技改以來(lái)，大幅度降低了設(shè)備的故障率，操作便捷，系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提高，裝船機(jī)司機(jī)室美觀，舒適。新溜筒的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可靠，消除安全隱患，減少因設(shè)備缺陷造成的停機(jī)，限產(chǎn)等現(xiàn)象，提高作業(yè)效率，增加產(chǎn)能。

技改以后間接效益，粗略估計(jì)，按減少故障停機(jī)每天2小時(shí)，設(shè)備維修每周8小時(shí)，按照設(shè)計(jì)能力6000噸/小時(shí)，每月可以增加產(chǎn)能92*6000=55200噸煤炭下水量。節(jié)約了維修材料，人員成本等，提能增效。

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