煤炭溫度線上檢測系統

張鑫淼，趙鑫鑫

（1.河北港口集團，河北秦皇島 066000；2.河北省地球物理勘察院，河北廊坊 065000）

0 引言

在散貨碼頭煤炭運輸過程中，由于煤種、天氣等原因，煤炭堆存過程中經常發生煤溫過熱自燃現象，目前主要依靠人工檢測煤垛溫度，由于檢測人員數量有限、作業現場環境限制等原因，在整個裝船作業過程中，檢測人員無法時刻檢測煤炭溫度，只能采取定時檢查、重點抽查的策略，一旦因為漏檢導致熱煤進入皮帶線，則會損壞沿線設備引發火災，熱煤進入船艙還可能發生自燃，不但嚴重影響生產效率，處理時由于在船艙內產生有害氣體又有安全風險，如發現不及時，高溫會破壞貨船自身鋼結構，造成較大的經濟損失及安全風險。

為提升客戶服務質量，加強安全管控及裝船質量管控，減少裝船過程中由于熱煤發現不及時導致的質量和安全事故，在取料機懸皮處安裝“煤溫線上檢測系統”，實時檢測安裝位置處的溫度變化情況，彌補人工無法實現全天候檢測的不足，達到減少熱煤漏檢的目的。

1 技術方案

1.1 設計思路

在取料機懸皮上方安裝一臺在線式紅外溫度檢測裝置，該裝置集成紅外溫度測溫儀和無線物聯網模塊，可以實時檢測皮帶上方煤流的溫度，并通過物聯網模塊將檢測結果發送給數據采集處理服務器，服務器通過OPC 將數據寫入到相關PLC。為便于工作人員掌握取料機處煤流溫度，在生產控制系統上位機、各取料機上位機分別添加溫度實時顯示界面；結合流程運行情況、取料機運行信號、取料機皮帶秤流量等數據，在上位機添加超溫報警功能，煤溫過高時提醒工作人員采取應急措施。

煤溫在線檢測系統主要由3 部分構成，即溫度采集模塊、無線物聯網模塊、數據采集處理軟件。其中，溫度采集模塊的核心是Omega 公司的OS137 系列緊湊型非接觸式紅外線溫度傳感器，該傳感器將溫度檢測元件與單片機控制器封裝在具有IP65 防護等級的不銹鋼外殼中，可通過外置掛架安裝；無線通信模塊采用一主多從模式，7 臺取料機各安裝1 個從站，負責將采集數據轉化為無線信號發送到1 臺主站，主站負責接收從站的數據，并將其轉換成有線網絡信號；數據采集處理服務器負責讀取無線主站數據，并將其寫入到1 號變電站PLC 內存。

綜合分析作業過程的實際情況，考慮到實施成本、維護成本及使用效果等，項目方案的特點：①系統自動運行，無人值守；②非接觸式檢測，響應度高；③檢測數據寫入控制系統PLC，后期可根據生產需要實現數據共享；④測溫儀主站和從站之間采用無線通信，降低施工維護成本。

1.2 設備選型方案

（1）紅外線溫度采集模塊。Omega 公司的OS137 紅外線溫度傳感器采用紅外線測溫原理，無需與被測物體接觸即可準確測量物體表面溫度，該系列包括多種型號，有各種功能和選件，標準功能包括：可調節的發射率，10∶1 光學視場，可調節的報警設定值和驅動外部繼電器的電壓輸出，以及6 種預選模擬信號輸出，可與所有儀表、控制器、數據記錄器、記錄儀、計算機板卡等連接，用于電源和輸出連接的1.8 m 屏蔽電纜。

（2）無線物聯網通信模塊。無線物聯網通信系統選用基于LoRa無線通信技術的通信模塊，LoRa 是LPWAN 通信技術中的一種，是基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供了一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量的系統，進而擴展傳感器網絡。目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433 MHz、868 MHz 和915 MHz 等。本項目使用433 MHz 頻段，采用一主多從的組網方式，配置1 臺主站，7 臺從站，主站周期性讀取從站數據。

為避免惡劣天氣對物聯網通信模塊的影響，為模塊加裝了鋁合金外殼，外接鋼化玻璃天線，整個無線模塊與外界空氣隔絕，在加強了設備散熱的同時，避免水分對設備的損壞，保障設備長期穩定的運行。

1.3 測溫數據的傳輸和處理

煤溫線上檢測系統安裝完成以后，其檢測數據需要經過以下步驟最終寫入控制系統PLC。

（1）紅外線測溫儀將采集到的被測點處溫度值，通過RS485端口發送給無線從站。

（2）無線主站輪流讀取各從站的數據，然后將其轉換為TCP/IP協議的數據包，通過網線發送到控制系統交換機。

（3）數據采集處理服務器運行的處理軟件讀取無線主站數據，然后通過OPC 將數據寫入1 號變電站PLC。該軟件運行前，需要對服務器RSLinx 軟件的DDE/OPC 功能進行設置，如圖1 所示，本項目DDE/OPC 的Topic 名稱為“CFD_SS1”，該Topic 的通信目標為右側的IP 地址“172.16.1.22”、名稱為“CFD_SS1”的1 號變電站PLC。

數據采集處理軟件運行界面如圖2 所示，其中，無線主站的IP 地址和端口號為“172.16.1.60：38730”，該軟件可將無線主站的數據寫入變電站PLC。

圖1 RSLinx 軟件的DDE/OPC 設置

圖2 數據采集處理軟件運行界面

1.4 煤溫數據的顯示及超溫報警

1 號變電站PLC 接收到煤溫數據后，不但需要將數據實時顯示到控制系統上位機，還需要進一步將數據發送給取料機的PLC，使取料機司機可以看到實時溫度，并在煤溫過高時得到超溫報警。

（1）煤溫數據在控制系統上位機的顯示。為了能夠在控制系統上位機實時顯示煤溫變化情況，使用FactoryTalk View Studio SE 軟件，將PLC 中的煤溫數據寫入到控制系統SE 服務器，通過該服務器將煤溫數據發布到所有控制系統上位機。

在裝船作業流程界面取料機圖標下添加溫度顯示值，如圖3 所示當前煤溫顯示為“R6：29℃”。

另外，在各取料機的控制界面添加實時溫度數據，即使取料機沒有參與流程，也能顯示出皮帶表面的當前溫度，通過不同取料機之間溫度值比對，便于工作人員了解當前的室外溫度，同時在測溫儀出現故障時，工作人員能及時發現并維修，避免作業過程中出現超溫報警漏報。

圖3 裝船作業流程煤溫顯示

（2）煤溫數據在取料機上位機的顯示和報警。煤溫數據在寫入到取料機PLC 后，與控制系統類似，也是通過FactoryTalk View Studio SE 將數據從PLC 顯示到取料機上位機。

在取料過程中，如果取料機皮帶秤瞬時流量超過500 t/h，取料機已經開始上料，如果測溫儀溫度超過45 ℃，系統進入超溫報警狀態，煤溫值由灰色變為紅色閃爍，并且司機室蜂鳴器開始報警，提醒司機采取應對措施。

2 結束語

隨著國民經濟的發展，煤炭主產地由山西向內蒙地區轉移，高硫易燃煤炭貨源增加，著火煤的處理給中轉運輸企業帶來很多問題。煤炭線上檢測系統的使用，保證了設備的安全，降低由火煤引起的安全風險，也為著火煤的處理提供時實數據依據。