黃驊港智能堆場系統優化研究①

陳致遠

(神華黃驊港務有限責任公司 河北滄州 061113)

黃驊港智能堆場建設完成，實現了堆取環節的全自動運行，是國內首個實現全自動運行的煤炭堆場。但在后續的使用過程中，陸續暴露了一些缺陷，雖然從本質來講，這些缺陷對整體運行并未產生大的不良效果，但仍然存在一定的提升優化空間，為此，黃驊港從多個角度入手，對智能堆場系統進行了進一步的升級，主要涉及安全生產、提能增效、人性化操控等方面。

1 自動取料優化

1.1 增加防止懸皮打滑控制方法，有效避免重載停機

懸皮打滑是皮帶轉速小于驅動滾筒轉速的一種現象，一般多出現在雨天、物料濕滑、取料量過大等情況下。懸皮打滑開關實時檢測改向滾筒的速度，當檢測值小于設定值超過一定時間后，觸發懸皮打滑報警，同時停止懸皮。這是一種事后保護措施，可以防止滾筒包膠嚴重受損、皮帶嚴重受損、摩擦起火等事故的發生，但無法從根本上消除懸皮打滑事件，影響了作業的連續性。

從力學角度分析，懸皮打滑是由于驅動滾筒與皮帶之間的摩擦力小于皮帶上物料自身重力在反向向上的分力造成的。在無法瞬間改變摩擦力的時候我們可以通過減小皮帶上物料量來有效緩解懸皮打滑現象。因此當我們檢測到懸皮轉速降低后可以通過停止回轉來減小取料量，幫助懸皮恢復正常速度。

利用雙輪接觸式測速裝置，一對直徑300mm的摩擦輪與上部皮帶的下表面接觸，測速傳感器為光電編碼器，內部有一個齒數為60的圓盤和光電裝置，每個齒通過光電頭，均會產生一個脈沖信號。在配重的作用下摩擦輪與物料承載面皮帶實時接觸，測速準確，精確度更高。測量精度=3.14*0.3/60=0.0157m/s。

控制策略：首先測量懸皮重載時的轉速，多次測量取平均值作為取料時懸皮的正常轉速V。取料過程中，當實時采集的懸皮轉速小于0.9*V時，禁止回轉，恢復至0.95*V以上時，重新開始回轉取料；如果懸皮轉速持續小于0.8*V超過10s，則認為懸皮打滑無法恢復，停止懸皮和斗輪運行。

1.2 優化塌跺恢復程序，提高作業效率

原有的塌跺恢復程序原理為：當檢測到斗輪轉速低于設定值持續5s認為發生了塌垛，此時停止回轉5秒，如果斗輪轉速恢復正常，則繼續正常作業；如果斗輪轉速未恢復正常，則后退1m，等待5s；如果此時斗輪轉速恢復則進車到原來的位置繼續作業；如果未恢復則再次后退并報警“塌垛恢復失敗”。

此塌垛恢復程序可以實現普通塌垛時的恢復功能，但對于進車過大或者對垛位置不準導致回轉過程中吃料過厚造成的憋斗輪效果不佳。因為原有的塌垛恢復程序每次恢復后都會行走至原來的取料位置，不能解決吃料厚度過大的問題，會頻繁檢測到塌垛、甚至塌垛恢復失敗，嚴重影響了作業效率。

優化后的塌垛恢復程序保留了原來的執行邏輯，只是檢測到塌垛后退1m待斗輪轉速恢復后，只前進0.5m，從而減少了吃料厚度，有效地避免了頻繁發生塌垛，保證了作業的連續性，間接提高了作業效率。

1.3 增加垛底厚度自動調整功能，降低垛底厚度，提高清垛效率

深挖設備潛能，不斷優化設備生產工藝，是提高裝船效率的重要手段。取料機目前已實現自動作業，自動化作業效率的提升已基本達到瓶頸；但清、攢垛的時間是裝船流程效率的另一個制約因素，此項工作尚未實現自動作業，所以其消耗時間越少，流程自動化可協調安排的時間就越多，裝船流程效率會有一定的提高。垛底越厚，攢垛就越困難，清垛時間也就越多，所以盡可能減少垛底厚度成為關鍵。

黃驊港部分取料機已運行十多年，隨著設備的不斷運轉，設備老化現象越來越嚴重，在不同流量下取料機臂架的下壓高度存在較大差異。現場進行了測量，在設定俯仰角度相同的情況下，取料機配煤時的垛底厚度要比單裝時厚20公分左右。

因此，根據不同的設定取料流量來自動調整俯仰下軟限位的角度值，進而有效降低垛底厚度，減少攢垛、清垛時間，大幅度提高了流程效率。

1.4 增加取料機與軌道障礙物防碰的保護裝置，有效保護單機安全

夏季降雨量較多，尤其是在短時間內的強降雨極易造成煤堆大面積坍塌。此外，近兩年公司高度重視清潔生產，不斷加大堆場灑水量，時常會出現由于噴槍無法轉動、長時間沖擊同一位置，最終引發煤堆坍塌的事件。以上兩種塌垛現象都會導致煤滑落到壩基上，影響取料機的正常行走。如果不能及時發現并處理，就會誘發行走電機損壞、行走鋼結構變形等機損事故，不但影響了正常生產，還增加了不必要的維修成本。

隨著智能堆場的實施，操作員已撤離單機、夜間視頻監護系統圖像模糊，煤堆塌垛上壩基等異常情況很難被及時發現。鑒于此種情況，經過多次測試，研制出一套用于取料機與軌道障礙物防碰的保護裝置，投入運行。

在取料機左右行走臺車外側的前、后各安裝一個彈簧棒型行程限位開關，離地高度20cm。

編程實現防碰保護開關與單機行走命令的連鎖：當取料機向前行走，且右前方煤堆發生塌垛時，右前側防碰保護開關碰觸積煤，觸發“行走右前防碰保護開關動作”報警，并停止向前行走。

防碰保護裝置具有以下兩大優點：一是能夠及時檢測到軌道上的障礙物，并自動采取保護措施，防止發生機損事故。二是由于選用的彈簧棒型行程限位開關具有自動復位功能，因此碰到不影響行走的小型障礙物后可自動復位，遠程操控員確認環境安全后可繼續作業，避免了現場復位對生產的影響。

1.5 增加遠程零位按鈕，防止維修時遠程誤操作

現場設備維修時，維修人員自己會做一些保護措施，如：拉拉繩、拍急停等。但是如果信號失效或者現場保護措施不到位就會產生很大的安全隱患。因此在取料機HMI主界面上增加了一個“遠程零位”按鈕，按下此按鈕后，單機無法進行行走、回轉、俯仰、啟動懸皮斗輪等操作，并且右上角會顯示紅黃閃爍的“現場正在維修，作業前請確認”的報警信息，有效避免了因為人員換班對現場不了解導致的盲目操作事件的發生。

2 平頂堆料優化

2.1 空垛時，首列車改為兩層堆料

空垛時，首列車只能堆一小堆，有時甚至堆不到13.5m高。此時如果取料機分三層取料，頂層只能取幾十噸，嚴重影響作業效率；如果分兩層取，取中層時必然會發生塌垛，不僅影響作業效率還存在安全隱患。

鑒于以上兩點，根據垛位堆料情況，將空垛時首列車堆料作業改為兩層堆料。首先利用模型傳送的數據判斷作業場垛是否為空垛，如果是空垛，則設定堆料高度為9.5m，即煤堆到達9.5m堆料機就移動位置，最終形成一個9.5m高的平頂料堆。此時取料機再來此垛位作業時，直接分兩層取料，不僅消除了塌垛這一安全隱患，還減少了一次換層過程，提高了作業效率。

2.2 調整頂層堆料時的落臂高度，降低安全隱患

由于堆料機運行年限較長，俯仰性能不佳，偶爾會發生上仰有指令無動作或者上仰動作緩慢等問題。因此頂層堆料時更容易發生因俯仰異常導致觸發水銀料位計，最終重載停機的事件，也存在發生煤堆埋臂架，誘發機損事故的風險。

因此，對頂層堆料對垛時的落臂高度進行了修正，落臂時直接下降到作業高度，不再繼續下降。此項優化工作大大降低了俯仰異常產生的安全隱患，有效地保證了設備的安全高效生產。

2.3 增加地面皮帶急停按鈕，有效緩解緊急停機時堵漏斗的情況

為了減小異常情況下拍堆料機遠程急停的影響，在堆料機操作界面上增加地面皮帶急停組合按鈕，實現對地面皮帶急停的控制。

本項優化在堆料機的遠程自動和遠程手動操作界面的左側分別增加兩個按鈕：“地面皮帶急停按鈕”和“地面皮帶急停復位”。

通過此組合按鈕可以分別控制各自地面皮帶的急停。當地面皮帶急停按鈕觸發時，在相應單機和中控界面分別添加了相應的報警信息，方便集控員了解此信息，及時做出處理。

3 防碰撞系統優化

3.1 添加防碰撞保護自復位功能

防碰撞系統如果檢測到單機執行碰撞命令失效時，會自動觸發防碰撞保護需要復位標簽，同時移除相應單機的碰撞保護。此時需要管理員登錄HMI界面進行復位，相應單機的保護系統才能再次起到碰撞保護作用。如果不能及時復位，單機將處于無保護的狀態，增加了單機間碰撞的風險。

通過PLC編程實現單機碰撞保護需要復位標簽的自動延時復位功能。當此標簽需要復位時，延時10s自動完成復位。將異常的單機重新投入到碰撞保護系統中，極大縮短了單機處于無保護狀態下運行的時間。

3.2 添加單機旁路自動消除功能

當單機出現防碰撞報警，無法繼續相向運動時，此時集控員可以通過點擊操作界面上的相應旁路按鈕繼續動作，此時單機處于無保護的狀態。如果集控員忘記取消旁路、或者班組交替時交接不清，這將是一個極大地安全隱患。

在各單機PLC程序中編寫了旁路延時10min自動消除功能。這不僅可以消除旁路一直存在的風險，還能督促集控員在防碰撞保護觸發后對單機加強監護，降低了單機發生防碰的風險，提高了單機的作業安全。

4 效果分析

(1）設計防止懸皮打滑控制方法，將傳統的事后控制措施改進為事前防治措施，不僅延長了懸皮主要設備的壽命，還有效地避免了重載停機，保證了生產效率。

(2)優化塌垛恢復程序，使其能自動處理進車量過大造成的塌垛事件，不僅保證了作業的連續性，還有效地保護了斗輪機構，間接延長了設備的壽命。

(3)增加垛底厚度自動調整功能，將垛底有效降低了20cm。垛底厚度降低后，清垛時剩余的煤炭量減少了，攢垛次數減少了，攢垛效率提高了，并且攢起的垛位更加規范，這些都直接或者間接提高了取料機清垛效率，節省了作業時間。

(4)增加行走防碰裝置，解決了一項重大安全隱患，有效地避免了機損事故的發生，保證了設備安全。

(5)增加遠程零位按鈕，有效保證了現場維修人員的人身安全，避免了人身傷亡事故的發生。

(6)自動平頂堆料優化不僅降低了自身存在的風險和隱患，還降低了取料機的風險，提高了取料機的作業效率。

(7)防碰撞系統優化大大縮短了單機處于無保護狀態下的運行時間，降低了單機間的碰撞風險。

智能堆場優化工作都是結合實際運行情況，不斷發現問題、解決問題，針對特定的問題，制定的專門解決方案，有效地解決了實際問題，效果顯著。