大型礦井快速裝車系統(tǒng)升級(jí)改造及應(yīng)用

張 彥

（晉能控股集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100）

同忻礦產(chǎn)能核增至年產(chǎn)1500 萬t，隨著礦井產(chǎn)能逐步釋放，礦井裝車量顯著增大，原有的半自動(dòng)裝車系統(tǒng)存在控制系統(tǒng)可靠性差、裝車效率低、安全設(shè)施有缺陷等一系列問題，已經(jīng)滿足不了快速裝車需求。為了提高設(shè)備的開機(jī)率和安全系數(shù)，對(duì)相應(yīng)的配套設(shè)備進(jìn)行改造尤為必要[1-2]。

1 軟件方面

1.1 控制系統(tǒng)PLC 冗余技術(shù)改造

原有的定量裝車系統(tǒng)中PLC 控制器采用的A-B ControlLogix 系列綜合控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝車系統(tǒng)的全部工況信號(hào)的采集并實(shí)時(shí)控制各個(gè)設(shè)備動(dòng)作。由于是單CPU 運(yùn)行可靠性較差，為了避免裝車過程中突發(fā)電氣故障造成PLC 控制器停機(jī)，采用雙CPU 模塊冗余模式，把兩塊CPU 并列運(yùn)行，一主控一熱備，互相監(jiān)控對(duì)方的通訊與運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)故障立即在操作平臺(tái)上報(bào)警，熱備CPU 模塊會(huì)在主控CPU 模塊故障時(shí)及時(shí)獲取主控制權(quán)。為了避免裝車系統(tǒng)通訊故障，特意為冗余系統(tǒng)單獨(dú)布置一條網(wǎng)線，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，能直接將CPU 與集控室主機(jī)相連，線路故障后快速投用，保障了裝車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了加裝的兩套CPU 配置網(wǎng)絡(luò)地址，并充分利用原有系統(tǒng)CPU 的作用，將該CPU 作為備用CPU，當(dāng)冗余系統(tǒng)的CPU 出現(xiàn)故障時(shí)，可以啟用原有CPU，為裝車系統(tǒng)安全運(yùn)行增加一道保險(xiǎn)，更有力地保障了裝車系統(tǒng)的穩(wěn)定，確保了裝車外運(yùn)連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

1.2 雙車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)冗余技術(shù)改造

車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)主要采用RFID 技術(shù)即為射頻識(shí)別技術(shù)，為了提高整個(gè)裝車過程的穩(wěn)定性和連續(xù)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(tǒng)，互為備用和系統(tǒng)冗余。第一套系統(tǒng)主要用于裝車過程的配煤用，第二套系統(tǒng)主要用于監(jiān)控車皮車號(hào)是否丟失，確保批次信息實(shí)時(shí)有效，保證過程連續(xù)高效，減少計(jì)量輔助停產(chǎn)時(shí)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(jìn)站位置、裝車位置、出站位置成對(duì)安裝光電傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)互補(bǔ)，準(zhǔn)確判斷車廂位置，通過繼電器轉(zhuǎn)發(fā)反饋給PLC 系統(tǒng)，與定量倉卸料閘門形成閉鎖。當(dāng)列車車廂行進(jìn)到確定的裝車位置時(shí)，實(shí)現(xiàn)卸料閘門自動(dòng)打開裝車。

2 硬件方面

2.1 裝車給料系統(tǒng)集中控制改造

將給煤機(jī)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(jìn)行統(tǒng)一開閉，也可以就地遠(yuǎn)程操作，同時(shí)在給煤機(jī)出料口加裝堆煤保護(hù)、控制閘板開閉的液壓油缸和限位開關(guān)，一旦給煤機(jī)歘煤時(shí)就會(huì)碰觸到限位開關(guān)，就可以及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉給煤機(jī)閘板。將閘板控制改造為液壓驅(qū)動(dòng)，采用大型液壓站可以滿足多臺(tái)給煤機(jī)同時(shí)動(dòng)作的需要，在控制末端安裝三位四通電磁換向閥，既增加現(xiàn)場操作的靈敏度和可操作性，同時(shí)也在電控系統(tǒng)中便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，以免現(xiàn)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(qū)動(dòng)液體，可以最大限度地滿足多臺(tái)給煤機(jī)同時(shí)動(dòng)作的需要；為了提高開機(jī)率，采用電機(jī)和泵一用一備模式；為了保護(hù)系統(tǒng)壓力始終保持在安全范圍內(nèi)，增加耐震壓力表和溢流閥；為了滿足在系統(tǒng)電機(jī)或泵損壞時(shí)，液壓系統(tǒng)仍然能保證一個(gè)完整的開閉閘板動(dòng)作循環(huán)，在執(zhí)行動(dòng)作端加裝蓄能器。液壓系統(tǒng)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(tái)

本套檢修平臺(tái)采用軸套旋轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)理念，共由旋轉(zhuǎn)架、平臺(tái)架、木板平臺(tái)、電控裝置、限位裝置、垂直爬梯和平臺(tái)架護(hù)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(tái)型號(hào)為（YDT630-800）的推桿電機(jī)作為動(dòng)力源帶動(dòng)鉸接連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，檢修前由電控裝置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°使平臺(tái)架垂直于鐵路道軌方向，檢修后再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°使平臺(tái)架平行于鐵路道軌方向，待旋轉(zhuǎn)到位后，碰觸末端的行程限位開關(guān)，停止動(dòng)作。兩根旋轉(zhuǎn)架同時(shí)旋轉(zhuǎn)，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(yùn)送至搭接平臺(tái)之間，便可以安全可靠地進(jìn)行檢修作業(yè)。改造示意圖如圖2。

圖2 裝車塔多功能檢修平臺(tái)示意圖

1-旋轉(zhuǎn)架：在集控室和對(duì)面墻上的鋼結(jié)構(gòu)上分別焊接一根DN50 長5 m 的鋼管作為旋轉(zhuǎn)固定芯軸；在旋轉(zhuǎn)固定芯軸外側(cè)焊接同等長度的DN65 旋轉(zhuǎn)軸套，并在底部用鉸接連桿機(jī)構(gòu)和推桿電機(jī)的伸出端相連，作為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

2-平臺(tái)架：在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)到位后搭接木板用的平臺(tái)架。同時(shí)，在槽鋼邊緣焊接高度1.1 m 左右的護(hù)欄，以防檢修人員高空掉落。

3-限位裝置：根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際位置，在集控室和對(duì)面墻兩側(cè)槽鋼末端所能到達(dá)的極限位置分別在鋼結(jié)構(gòu)本體上焊接行程限位開關(guān)，待平臺(tái)架旋轉(zhuǎn)到位后，碰觸末端的行程限位開關(guān)，平臺(tái)架停止動(dòng)作。

4-電控裝置：圖3 為具體的電氣控制原理圖，當(dāng)現(xiàn)場人員按下按鈕CE（推桿電機(jī)正轉(zhuǎn)），推桿電機(jī)接觸器KM1 動(dòng)作，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿將水平橫桿運(yùn)行到垂直檢修位，碰觸限位開關(guān)SQ1 使其動(dòng)作，推桿電機(jī)停止運(yùn)行并自鎖。當(dāng)現(xiàn)場人員按下按鈕SBF（推桿電機(jī)反轉(zhuǎn)），推桿電機(jī)接觸器KM2 動(dòng)作，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿將水平橫桿運(yùn)行到水平非檢修位，碰觸限位開關(guān)SQ2 使其動(dòng)作，推桿電機(jī)停止運(yùn)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(jìn)行提升和放下。由于2 萬t 列車在裝車過程時(shí)存在裝車塔通過兩部車頭問題，車頭通過時(shí)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(nèi)的摩擦片和外部的輔助剎車油缸裝置進(jìn)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(huì)轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)，與火車頭碰撞會(huì)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(dòng)力源推桿電機(jī)和固定銷、固定在塔下工字鋼梁下的固定吊耳、接近開關(guān)和導(dǎo)向套、焊接在裝車溜槽上的移動(dòng)吊耳所組成。為實(shí)現(xiàn)溜槽提升到位時(shí)自動(dòng)穿銷停機(jī)和準(zhǔn)備放下溜槽時(shí)預(yù)先出銷的自動(dòng)控制功能，通過在工字鋼梁上焊接三個(gè)接近開關(guān)來完成自動(dòng)控制。SQ1 用于探測溜槽提升到位，到位時(shí)KA1 吸合、亮燈，推桿電機(jī)正轉(zhuǎn)向前運(yùn)動(dòng)并將銷軸插入。插到位后SQ2 作用使KA2 吸合、KM1 自動(dòng)斷開，電機(jī)停止工作。拔出銷軸前必須按下按鈕，這時(shí)KM2 吸合反轉(zhuǎn)電機(jī)將銷軸拔出。當(dāng)固定在SQ3 感應(yīng)到信號(hào)起作用時(shí)，KA3 吸合，KM2 斷開，推桿電機(jī)停機(jī)。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(yīng)用效果

快速裝車系統(tǒng)升級(jí)改造后，進(jìn)行了為期12 個(gè)月的現(xiàn)場監(jiān)測，在此過程中未發(fā)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(shí)間縮短了20%，同時(shí)現(xiàn)場工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大幅降低，設(shè)備的維護(hù)操作更為安全可靠，實(shí)現(xiàn)了列車裝車效率和控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性的顯著提升。

4 結(jié)論

（1）通過裝車PLC 控制系統(tǒng)和車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)軟件進(jìn)行智能冗余改造，實(shí)現(xiàn)雙CPU 和雙車號(hào)系統(tǒng)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(hào)的作用，極大程度地保障礦井裝車外運(yùn)的安全連續(xù)高效運(yùn)作。

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

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