大型礦井快速裝車系統升級改造及應用

張 彥

（晉能控股集團馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100）

同忻礦產能核增至年產1500 萬t，隨著礦井產能逐步釋放，礦井裝車量顯著增大，原有的半自動裝車系統存在控制系統可靠性差、裝車效率低、安全設施有缺陷等一系列問題，已經滿足不了快速裝車需求。為了提高設備的開機率和安全系數，對相應的配套設備進行改造尤為必要[1-2]。

1 軟件方面

1.1 控制系統PLC 冗余技術改造

原有的定量裝車系統中PLC 控制器采用的A-B ControlLogix 系列綜合控制平臺，實現對裝車系統的全部工況信號的采集并實時控制各個設備動作。由于是單CPU 運行可靠性較差，為了避免裝車過程中突發電氣故障造成PLC 控制器停機，采用雙CPU 模塊冗余模式，把兩塊CPU 并列運行，一主控一熱備，互相監控對方的通訊與運行，發現故障立即在操作平臺上報警，熱備CPU 模塊會在主控CPU 模塊故障時及時獲取主控制權。為了避免裝車系統通訊故障，特意為冗余系統單獨布置一條網線，當線路發生故障時，能直接將CPU 與集控室主機相連，線路故障后快速投用，保障了裝車系統的穩定運行。為了加裝的兩套CPU 配置網絡地址，并充分利用原有系統CPU 的作用，將該CPU 作為備用CPU，當冗余系統的CPU 出現故障時，可以啟用原有CPU，為裝車系統安全運行增加一道保險，更有力地保障了裝車系統的穩定，確保了裝車外運連續、穩定、高效運行。

1.2 雙車號識別系統冗余技術改造

車號識別系統主要采用RFID 技術即為射頻識別技術，為了提高整個裝車過程的穩定性和連續性，在距主控室向來車方向前30 m 處和前200 m 處的位置安裝兩套系統，互為備用和系統冗余。第一套系統主要用于裝車過程的配煤用，第二套系統主要用于監控車皮車號是否丟失，確保批次信息實時有效，保證過程連續高效，減少計量輔助停產時間。新增車位判別模塊，通過光電傳感器檢測判斷車廂的位置與過車間隙，分別在列車進站位置、裝車位置、出站位置成對安裝光電傳感器實現信號互補，準確判斷車廂位置，通過繼電器轉發反饋給PLC 系統，與定量倉卸料閘門形成閉鎖。當列車車廂行進到確定的裝車位置時，實現卸料閘門自動打開裝車。

2 硬件方面

2.1 裝車給料系統集中控制改造

將給煤機開閉閘板分散式控制改為集中式控制，可以由裝車集控室控制所有閘板進行統一開閉，也可以就地遠程操作，同時在給煤機出料口加裝堆煤保護、控制閘板開閉的液壓油缸和限位開關，一旦給煤機歘煤時就會碰觸到限位開關，就可以及時自動關閉給煤機閘板。將閘板控制改造為液壓驅動，采用大型液壓站可以滿足多臺給煤機同時動作的需要，在控制末端安裝三位四通電磁換向閥，既增加現場操作的靈敏度和可操作性，同時也在電控系統中便于實現遠程集中控制，以免現場人員因歘煤而造成人員安全上的隱患。液壓油箱容積為2000 L，采用68#抗磨液壓油作為驅動液體，可以最大限度地滿足多臺給煤機同時動作的需要；為了提高開機率，采用電機和泵一用一備模式；為了保護系統壓力始終保持在安全范圍內，增加耐震壓力表和溢流閥；為了滿足在系統電機或泵損壞時，液壓系統仍然能保證一個完整的開閉閘板動作循環，在執行動作端加裝蓄能器。液壓系統改造如圖1。

圖1 集中控制改造液壓原理圖

2.2 制作裝車塔多功能檢修平臺

本套檢修平臺采用軸套旋轉式設計理念，共由旋轉架、平臺架、木板平臺、電控裝置、限位裝置、垂直爬梯和平臺架護欄等部分組成，布置在裝車溜槽的東北角和西南角上。用兩臺型號為（YDT630-800）的推桿電機作為動力源帶動鉸接連桿機構進行旋轉，檢修前由電控裝置順時針旋轉90°使平臺架垂直于鐵路道軌方向，檢修后再逆時針旋轉90°使平臺架平行于鐵路道軌方向，待旋轉到位后，碰觸末端的行程限位開關，停止動作。兩根旋轉架同時旋轉，不影響正常出入火車。檢修人員通過垂直爬梯將踩踏木板運送至搭接平臺之間，便可以安全可靠地進行檢修作業。改造示意圖如圖2。

圖2 裝車塔多功能檢修平臺示意圖

1-旋轉架：在集控室和對面墻上的鋼結構上分別焊接一根DN50 長5 m 的鋼管作為旋轉固定芯軸；在旋轉固定芯軸外側焊接同等長度的DN65 旋轉軸套，并在底部用鉸接連桿機構和推桿電機的伸出端相連，作為旋轉機構。

2-平臺架：在旋轉機構頂部的垂直方向（水平與地面的方向）焊接2 m 的10#槽鋼，作為旋轉到位后搭接木板用的平臺架。同時，在槽鋼邊緣焊接高度1.1 m 左右的護欄，以防檢修人員高空掉落。

3-限位裝置：根據現場實際位置，在集控室和對面墻兩側槽鋼末端所能到達的極限位置分別在鋼結構本體上焊接行程限位開關，待平臺架旋轉到位后，碰觸末端的行程限位開關，平臺架停止動作。

4-電控裝置：圖3 為具體的電氣控制原理圖，當現場人員按下按鈕CE（推桿電機正轉），推桿電機接觸器KM1 動作，推動旋轉桿將水平橫桿運行到垂直檢修位，碰觸限位開關SQ1 使其動作，推桿電機停止運行并自鎖。當現場人員按下按鈕SBF（推桿電機反轉），推桿電機接觸器KM2 動作，推動旋轉桿將水平橫桿運行到水平非檢修位，碰觸限位開關SQ2 使其動作，推桿電機停止運行并自鎖。

2.3 在裝車溜槽安裝鎖止裝置

裝車溜槽通過液壓絞車進行提升和放下。由于2 萬t 列車在裝車過程時存在裝車塔通過兩部車頭問題，車頭通過時要提起裝車溜槽和移出不落弓裝置。在溜槽提到位后，需要液壓絞車內的摩擦片和外部的輔助剎車油缸裝置進行配合使溜槽固定在指定位置，但是沒有鎖止裝置可靠性較差，一旦剎車失靈，裝車溜槽便會轉到最低點，與火車頭碰撞會造成事故，因此要改造裝車溜槽安裝鎖止裝置，裝車溜槽鎖止裝置改造示意圖如圖4。

圖3 電氣控制原理圖

圖4 裝車溜槽鎖止裝置改造示意圖

鎖止裝置由動力源推桿電機和固定銷、固定在塔下工字鋼梁下的固定吊耳、接近開關和導向套、焊接在裝車溜槽上的移動吊耳所組成。為實現溜槽提升到位時自動穿銷停機和準備放下溜槽時預先出銷的自動控制功能，通過在工字鋼梁上焊接三個接近開關來完成自動控制。SQ1 用于探測溜槽提升到位，到位時KA1 吸合、亮燈，推桿電機正轉向前運動并將銷軸插入。插到位后SQ2 作用使KA2 吸合、KM1 自動斷開，電機停止工作。拔出銷軸前必須按下按鈕，這時KM2 吸合反轉電機將銷軸拔出。當固定在SQ3 感應到信號起作用時，KA3 吸合，KM2 斷開，推桿電機停機。電氣控制圖如圖5。

圖5 裝車溜槽鎖止裝置電氣控制圖

3 應用效果

快速裝車系統升級改造后，進行了為期12 個月的現場監測，在此過程中未發生一起PLC 通訊故障和裝車溜槽安全事故，將2 萬t 列車裝車時間縮短了20%，同時現場工人的勞動強度也大幅降低，設備的維護操作更為安全可靠，實現了列車裝車效率和控制系統運行的穩定性與可靠性的顯著提升。

4 結論

（1）通過裝車PLC 控制系統和車號識別系統軟件進行智能冗余改造，實現雙CPU 和雙車號系統的有效在線熱備用冗余控制，且最大程度保留原有CPU 和車號的作用，極大程度地保障礦井裝車外運的安全連續高效運作。

（2）通過裝車塔和裝車溜槽硬件改造升級，提高裝車設備的安全系數，使液壓絞車在過車頭和不裝車情況下得到三重防逆轉鎖止保護。同時，增加了電氣控制元件，使設備自動化程度更高，也使得設備運行更加平穩可靠。

（3）通過倉下給料系統硬件和控制改造，由一個大型液壓站替代多個小型液壓站，減小了檢修人員日常維護和保養工作量，提高了開機率，減少了勞動力，提高了工作效率，消除了以往因現場操作人員近距離操作所帶來的安全隱患。