皮帶機頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的 電氣控制設計與研究

摘要：港區在生產作業過程中的揚塵、物料撒漏現象較為嚴重;同時，經港區轉運黏煤過多，導致堆場帶式輸送機頭部滾筒部位，物料在經過堆料機轉接后空載段輸送帶工作面粘附的物料顆粒，在經過頭部滾筒清掃器和回程托輥時，在刮削和滾動摩擦、振動多重作用下，會發生運行揚塵和回程物料甩帶，造成二次環境污染。隨著環保要求的日益提升、揚塵及廢料處理的成本日益上升，因此控制物料清理與回收顯得尤為重要。另外，從地理環境上來看，單位所屬該作業區緊臨堆東路，極易對港區的環保形象產生影響，已成為制約現代綠色清潔港口建設重點項目過程中需要解決的關鍵瓶頸問題，因此對皮帶機頭部進行洗帶灑水除塵系統改造迫在眉睫。本文結合作者工作實際，從工程應用出發，對皮帶機頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制進行了設計，以實現對揚塵、物料撒漏現象進行控制。最后通過實際應用效果來看，本文所設計的方案取得了較好的實際應用效果。

關鍵詞：自動除塵裝置;可編程邏輯控制器;Modbus總線技術;三方通訊

一、引言

皮帶機頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制部分設計多個子系統，需要對各子系統進行很好的控制才能達到其除塵及回收目的。

整個清除裝置需要引進水源，并對其進行合理的配合控制才能較好地實現除塵等目的。由于泵站水箱的水源來源于水部噴槍站上水管路，因此在上水控制中，將現場信號/數據等信息與供水除塵部門PLC進行通訊。同時，由于裝置安裝位置所限，配電箱中沒有硬線或者光纖能聯通至變電所，這就導致該系統中設備狀態與故障反饋無法及時傳到變電所的PLC。為了實現項目效果，滿足現場控制要求，所以使用了與噴槍同型號額Modbus現場總線技術的IO模塊接入堆場灑水系統并組態連接。對其進行Modbus地址映射以一個一維數組的形式讀入PLC中供PLC讀寫。并以水部PLC作為中轉站，通過LOGIX5000軟件中message指令，實現洗帶裝置配電箱、水部PLC、變電所PLC三方面的通訊。

二、技術方案

本文總體的設計思路為：

首先，將頭部噴淋上水的設備信號接入堆場灑水控制系統。如圖1所示，上水設備的信號較多。所以使用了與噴槍同型號Modbus現場總線技術的IO模塊接入堆場灑水系統并組態連接，其通訊指令、程序及數組見下圖2和圖3。對其進行Modbus地址映射以一維數組的形式讀入PLC中供PLC讀寫（見圖3 B25數組）。

然后，因為SS8的控制PLC與水部PLC均為ABLOGIX 5000控制器，且在同一局域網中，因此使用message指令同步，并設計心跳位來保證數據傳輸的準確性。具體步驟為：

message指令中的通訊類型一欄選中“CIP DATA TABLE WRITE/READ”，即對控制器以外的設備傳輸或接受信息，程序中的通訊分為兩組，一組為讀取水部傳輸過來的數據，一組為傳輸給水部的數據。然后，在組態時輸入目標控制器的路徑地址，如果在I/O組態中有該控制器，也可從browse中直接獲得。最后，將要進行傳輸的源數組和目標數組的結構標簽填入“source/destination element”。

水部PLC將現場設備的“水泵故障”、“水位低”、“合閘信號”等信號（B25數組）傳入變電所PLC，再將其與皮帶機的三臺電機運行信號結合輸出通訊至水部的（BD BEGIN 0.0），將信號返回至水部PLC，通過其輸出至泵站配電箱，進而進行灑水啟動控制。同時，水部噴槍站亦可結合水箱水位信號等條件，判斷何時打開上水閥門，對設備進行供水。

三、噴灑控制方案

通過皮帶運行的PLC程序與現場洗帶控制箱的I/O相配合，實現遠程自動啟動和停止;結合溫控開關，可實現電加熱系統的自動啟動和停止。

自動模式控制時，I/O模塊接收到皮帶運行信號并且沒有任何故障信號時，發出電動閥開閥指令，當I/O模塊輸入端接收到電動閥開到位的反饋信號后，發出變頻器運行指令信號，高壓泵站的水泵通過變頻器調速控制，將壓力恒定在0.7MPa左右，高壓水刀正常工作。

本地模式時，通過控制箱控制面板上的按鈕可單獨操作水刀清洗運行/停止、補水電動閥打開/關閉、加壓泵站及電伴熱系統運行/停止，方便現場檢查和維護。

安裝進水水流開關，無水或者水量很小時，水流開關反饋給IO模塊，IO輸出報警信號，同時斷開變頻器運行信號，高壓泵站停止工作，控制面板上的水流異常報警指示燈點亮。同時電動閥、變頻器、電伴熱的運行狀態經I/O模塊時刻反饋到泵站控制箱，當出現故障信號時，可以報錯斷開水泵運行輸出指令。

四、應用情況

該技術已成功應用于煤四期堆場堆料皮帶機BD3。自2020年8月投入運行以來，從根本上徹底解決了堆場堆料帶式輸送機頭部回程皮帶的物料甩帶和運行起塵問題，顯著改善回程皮帶的運行穩定性，有效改善回程區域與皮帶工作面接觸的改向滾筒包膠、平托輥筒皮與物料間的帶料磨損，運行壽命顯著延長。實現了將頭部滾筒濕粘物料進行封閉定點收集，起到了良好治理效果。

五、實施效果對比

在改造前頭部滾筒部位起塵、頭部滾筒濕粘煤泥堆積、回程平托部位煤泥堆積嚴重，通過上述技術的實施，有效解決了頭部滾筒起塵問題。

六、方案改造后經濟效益預估

（一）年節支物料清理費用

由于皮帶機為1000多米長皮帶，濕粘煤的沿程甩帶比較突出，在未有效隔離時，需投入大量的人力進行人工清理和流機倒運。改造后，物料甩帶被集中系統收集，沿線的甩帶量大大減少。與此同時，可將撒漏的物料可靠控制在有限的區域內，大大降低了清理難度和二次揚塵，同時無需出動流機即可，每日可減少的人工數計10人，流機5臺。

（二）年節支回程滾筒、托輥更換費用

1.改進前，由于回程物料、煤泥甩帶嚴重，回程滾筒膠面和平托輥筒皮磨損嚴重，使用壽命短。年均滾筒膠面維修數量約5個，年均回程平托輥筒皮磨損失效更換數量約200根;

2.改造后，回程皮帶粘附物料及煤泥得到有效清理和回收，回程滾筒膠面和平托輥筒皮使用壽命大幅度提高。年均滾筒膠面維修數量約1個，年均回程平托輥因筒皮磨損失效更換數量約20根;

3.回程改向滾筒包膠、筒皮維修及更換費用，約：8萬元/根;回程平托輥采購及更換費用，約：0.15萬元/根;

（三）年新增利潤

1.改造總體投入費用150萬元，綜合使用壽命5年計算，則年改造成本：30萬元;

2.裝卸費綜合利潤：20元/噸;

3.系統運行臺時產量：由4000噸/小時提升至4085噸/小時（改造后輸送帶回程物料及煤泥甩帶得到有效控制，減少停機清理時間，滾筒及平托輥的運行故障率顯著下降，運行效率得到有效提升）;

4.系統平均利用率：53 %;

5.在現有系統利用率下，新增煤炭吞吐量：39.5萬噸;則年新增利潤760萬元。

綜上所述，該成果合計為公司年創造效益：1278.9萬元。

七、結束語

本文結合自己的工作實際對皮帶機頭部自動除塵及物料清理與回收裝置的電氣控制進行了設計和驗證分析。通過實際工程使用驗證來看，本文所設計的方案進行實際驗證，其結果表明本文所設計的方案切實可行，能夠渠道較好的控制效果;同時，從經濟收益上來，能夠為企業帶來較好的經濟收益。

作者單位：張晨? ? 河北港口集團秦皇島港股份有限公司第七港務分公司

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