基于PLC的堆料機(jī)接煤板設(shè)備電氣控制設(shè)計(jì)與研究

張晨

河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司 河北 秦皇島 066000

引言

為了有效解決堆料機(jī)回程皮帶甩帶煤等影響機(jī)容機(jī)貌的問(wèn)題，本文對(duì)堆料機(jī)進(jìn)行改造，對(duì)其接煤板設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。具體措施是在堆料機(jī)懸臂頭部和尾車頭部回程皮帶下方增加洗帶裝置，同時(shí)在尾車回程皮帶下方增加接料溜槽，通過(guò)溜槽及集料箱收集洗帶裝置清理下的煤及水，在安裝洗帶裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)尾車回程皮帶下部運(yùn)行段進(jìn)行全封閉改造處理，使洗帶裝置洗下的煤塵和水集中收集起來(lái)，有效防治堆料機(jī)皮帶下方的沿途污染。徹底解決皮帶煤泥甩帶問(wèn)題，提高現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保質(zhì)量，在提高產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的前提下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 技術(shù)方案

1.1 電控系統(tǒng)

接煤板電控系統(tǒng)與現(xiàn)有的三級(jí)灑水、雪霧一體機(jī)進(jìn)行整合，電控系統(tǒng)包括對(duì)接煤槽和溜筒、集料箱、水刀噴管、供水管路及強(qiáng)沖噴管的伴熱系統(tǒng)、洗帶電動(dòng)閥、強(qiáng)洗電動(dòng)閥、自動(dòng)流程運(yùn)行、司機(jī)室功能選擇、故障報(bào)警、自動(dòng)排污等集中控制[1]。

1.2 配電部分

新設(shè)計(jì)和制作的配電系統(tǒng)符合IP65標(biāo)準(zhǔn)，為不銹鋼控制箱，同時(shí)向整機(jī)系統(tǒng)上的電動(dòng)閥、管路電伴熱、溜槽加熱板，變頻器及PLC等部分供電。

1.3 控制部分

1.3.1 總體控制方案。在原有雪霧控制系統(tǒng)上新增1臺(tái)羅克韋爾2080PLC、匯川18.5kW變頻器及不銹鋼控制柜來(lái)實(shí)現(xiàn)整合集中控制，將原有的水泵啟動(dòng)控制箱改為變頻器調(diào)速控制。自動(dòng)模式下，司機(jī)通過(guò)控制面板上旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)任意選擇工作模式（接煤板裝置、三級(jí)灑水、雪霧除塵、懸臂洗帶裝置），PLC[2]接收到皮帶運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)后，輸出供水電動(dòng)閥打開(kāi)信號(hào)，當(dāng)PLC接收到電動(dòng)閥開(kāi)到位反饋信號(hào)后，才能發(fā)出變頻器啟動(dòng)信號(hào)，變頻器通過(guò)壓力變送器反饋的模擬信號(hào)自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整供水壓力，皮帶停止運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)斷開(kāi)后，PLC斷開(kāi)變頻器運(yùn)行信號(hào)，停止工作，同時(shí)也要接收到電動(dòng)閥所反饋的關(guān)到位信號(hào)，否則輸出故障信號(hào)，故障指示燈點(diǎn)亮。在PLC接收到集料箱上限位信號(hào)時(shí)，輸出攪拌泵運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)行10秒后發(fā)出渣漿排污泵運(yùn)行信號(hào)，接收到低液位信號(hào)時(shí)，攪拌泵及渣漿排污泵停止工作。手動(dòng)模式時(shí)，通過(guò)新增控制箱上運(yùn)行/停止按鈕進(jìn)行獨(dú)立操作，變頻器始終依據(jù)變送器反饋的模擬信號(hào)自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整供水壓力[3]。

1.3.2 故障信號(hào)顯示。故障指示與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況完全一致，故障指示信號(hào)、冬季低溫報(bào)警信號(hào)、立體泵故障信號(hào)、斷路器跳閘信號(hào)、4路電動(dòng)閥運(yùn)行狀態(tài)指示、渣漿排污泵運(yùn)行狀態(tài)及故障信號(hào)及攪拌泵運(yùn)行狀態(tài)及故障信號(hào)，自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)利用控制箱操作面板指示燈顯示的同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)與大機(jī)PLC進(jìn)行通信[4]，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。

1.3.3 電動(dòng)閥的邏輯控制。對(duì)接煤板電動(dòng)閥的控制是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制的[5]。我們將懸臂皮帶啟動(dòng)信號(hào)與皮帶運(yùn)行信號(hào)串聯(lián)，一旦這兩個(gè)信號(hào)得電則輸出點(diǎn)O4504輸出一個(gè)高電平，對(duì)應(yīng)的普通沖洗電動(dòng)閥打開(kāi)，開(kāi)始普通沖洗模式，直到任意一條皮帶信號(hào)失電，普通沖洗模式終止[6]。另外，通過(guò)利用TON和TOF兩組延時(shí)導(dǎo)通和延時(shí)關(guān)斷指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)沖洗電動(dòng)閥的間歇性啟停控制，即強(qiáng)沖洗噴灑模式為每間隔300秒噴灑180s[7]。這樣的操作可以很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)的除塵效果，最大程度上避免了物料的堆積。

圖1 接煤板電動(dòng)閥控制程序

1.3.4 控制箱設(shè)計(jì)。完全依照IP65標(biāo)準(zhǔn)，建立的配電控制站可耐現(xiàn)場(chǎng)最高、低溫度以及支承結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，配電總斷路器與各功能部斷路器單獨(dú)控制，內(nèi)部設(shè)有漏電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)插座，柜內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的直流電源、機(jī)殼安全接地、電纜屏蔽地接點(diǎn)端子，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離。各功能部分電動(dòng)閥、水泵電機(jī)、伴熱等電源設(shè)有獨(dú)立斷路器及掉閘輔助報(bào)警觸點(diǎn)，設(shè)有中間繼電器或接觸器控制[8]。

圖2 電控箱配盤

2 應(yīng)用情況簡(jiǎn)述

堆料機(jī)新型洗帶接料系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用項(xiàng)目，在完成設(shè)計(jì)和制造后，于2020年10月投入運(yùn)行。自運(yùn)行以來(lái)，特別是經(jīng)歷的嚴(yán)寒冬季惡劣天氣和工作環(huán)境的考驗(yàn)，再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)跟蹤對(duì)比，其整體物料清理、承接、回收及抑塵系統(tǒng)效果良好，能夠有效改善堆料機(jī)懸臂和尾車下方區(qū)域大量積料難題，大機(jī)的機(jī)容機(jī)貌有了明顯的提升，顯著減少因積煤導(dǎo)致的設(shè)備故障，有效保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。特別是冬季低溫運(yùn)行條件下，集成伴熱式接料板和集料箱的投入，可靠保證了物料防凍和正常回收。現(xiàn)場(chǎng)物料清理量大幅度下降，且洗帶箱、接料槽的日常、檢查十分便利，有效保證了設(shè)備的運(yùn)行使用效果，達(dá)到了預(yù)期的目的和效果。

3 實(shí)施效果

從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)反饋的情況來(lái)看，改進(jìn)后的設(shè)備效果顯著。為進(jìn)一步對(duì)比其使用效果，本文對(duì)改造前后的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效果進(jìn)行對(duì)比分析，其效果如下圖。圖3為改造前的作業(yè)情況，從圖片上看，堆料機(jī)作業(yè)完甩帶物料問(wèn)題嚴(yán)重，機(jī)體煤泥淤積嚴(yán)重；圖4為改造后的作業(yè)情況，從圖片上可以看出，堆料機(jī)作業(yè)完基本無(wú)甩帶物料，機(jī)體干凈整潔。

圖3 改造前堆料機(jī)作業(yè)完甩帶物料問(wèn)題嚴(yán)重，機(jī)體煤泥淤積嚴(yán)重

圖4 改造后堆料機(jī)作業(yè)完基本無(wú)甩帶物料，機(jī)體干凈整潔

4 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后，為公司節(jié)省了大量物料清理的費(fèi)用，增加了系統(tǒng)運(yùn)行臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，累計(jì)為公司年創(chuàng)造效益總計(jì)1504.7萬(wàn)元左右。徹底解決了物料在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中甩帶堆積問(wèn)題，避免造成設(shè)備及周圍環(huán)境污染，改善相關(guān)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量與機(jī)容機(jī)貌。同時(shí)也能杜絕煤泥堆積對(duì)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕破壞，提高設(shè)備完好率與使用壽命，減少停機(jī)維護(hù)時(shí)間與人工成本。能夠在一定程度上為企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供前行動(dòng)力，為國(guó)家環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的提高做出貢獻(xiàn)。