天铁石灰石矿双斗提升机“飞车及绞绳”事故及改造

曹彩娜

（天津天铁冶金集团有限公司石灰石矿，河北涉县056404））

天铁石灰石矿双斗提升机“飞车及绞绳”事故及改造

曹彩娜

（天津天铁冶金集团有限公司石灰石矿，河北涉县056404））

对天铁石灰石矿双斗提升机在生产运行过程中出现的“飞车及绞绳”事故进行了分析。通过增加连锁控制和绝对值编码器等改造措施，使系统进一步完善，排除了故障，提高了设备的运行效率，保障了生产的稳定顺行。

双斗提升机；飞车；绞绳；改造

1 引言

双斗提升机是天铁300 t矩形石灰竖窑加料系统的提升设备，负责将所需原料（石灰石）由地面输送到窑顶储料槽内，它的稳定和顺行直接关系到矩形竖窑的正常生产。天铁石矿300 t作业区6座矩形竖窑上料系统均采用了西门子6SE70变频调速传动系统及西门子S7-317控制系统。此系统在应用过程中，充分体现了变频调速及PLC控制的优越性能，同时也暴露了一些缺陷，当储料槽处于高料位，料车有时会悬在窑顶一段时间后，脱离钢丝绳，在失控状态下迅速滑下发生料车“飞车”事故。当系统断电检修后恢复生产时，经常发生卷扬系统现场运行与控制程序不同步，而导致钢丝绳发生“绞绳”现象。如果故障不及时发现，就会引发重大安全事故，造成设备损坏甚至人员伤亡，经济损失严重。为此，我们对故障原因进行分析和探讨，制定了改造方案，进一步完善系统，以保证生产的稳定顺行。

2 双斗提升机运行原理及安全保护装置

2.1 双斗提升机运行简介

双斗提升机有两个料车，待料时一个料车在受料坑底部的受料位，另一个料车在窑顶料槽的卸料位（其位置由S7-317PLC定位模块FM351读到旋转编码器信码号所确定），原料（石灰石）经过窑前电子称量器称量好后，称量斗下部的电液推杆闸门打开，将石灰石放入料坑底部的料车，当称量斗内的石灰石全部放完后，称量斗电液推杆闸门关闭，PLC接收到电液推杆关闭信号后向6SE70变频器发出启动命令，6SE70变频器接到启动命令后系统工作，其中6SE70变频器设定的打开抱闸控制功能在电机克服双斗提升机料车溜车转矩（防止双斗提升机重车溜车的最小转矩）时发出打开抱闸命令，使抱闸打开，实现料车的平稳启动。当料车启动后，其提供的运行力矩大于启动转矩，原来建立的转矩平衡将被打破，这时料车将加速运行，当料车加速到v=0．13 m/s时，停止加速，料车保持低速运行，运行至轨道的1/8处（上料料车上升至轨道的1/8，窑顶料车下降至轨道的1/8）时，PLC控制变频器使料车再度进行加速运行。当料车速度达到0．39 m/s时停止加速，料车保持高速运行，当料车运行至轨道的7/8处，PLC控制料车减速运行，直至恢复到v= 0．13 m/s，当上料料车运行至上限位置，同时另一料车达到下限位置时，PLC控制变频器停止并关闭抱闸，这时料车停止运行，上料料车将原料卸入窑顶料槽内（而另一个料车在下限位即受料坑底部受料位等待称量斗加料）；另一料车受料完成后，重复上述过程，两个料车交替加料完成，双斗提升机便完成了整个加料过程。料车运行速度曲线如图1所示。

图1 料车运行速度曲线图

2.2 双斗提升机保护装置的设定

双斗提升机在设计和安装时采取了多项保护措施：失压保护、互锁保护、过载保护、过电流保护、位置超限保护和松绳保护。在窑顶安装了西门子接近开关作为超限保护开关，对料车进行保护。采用S7-317PLC定位模块FM351和与双斗提升机卷扬同步旋转的欧姆龙旋转编码器对双斗提升机料车位置进行实时监控、控制，把双斗提升机料车的运行轨迹在WINCC画面上进行模拟监控，精准度可达几毫米。松绳保护是在卷扬滚筒处的钢丝绳涨轮侧面装有晶体管接近开关，当出现松绳现象时，晶体管接近开关立刻向PLC发出信号，PLC收到松绳信号后，向6ES70变频器发出停车命令，6ES70变频器停止输出同时抱闸启动。

3 “飞车及绞绳”事故的发生及原因分析

经过生产运行，该系统也存在一些不足之处，主要表现在以下两个方面。

3.1 “飞车”事故

当储料槽处于高料位时，料车会悬在窑顶一段时间后，在失控状态下，脱离钢丝绳迅速滑下发生料车“飞车”事故。针对此种事故，我们分析是由于窑顶料槽料位处于高料位，料车卸料时受到料槽内原料的阻碍，料车内的原料不能完全卸尽，大部分原料堆积在料车的前部，这时当变频器控制料车下降时，料车的重力不能克服原料阻力，导致料车不能下降而悬停于窑顶料槽边缘，此时，控制程序仍在运行，卷扬系统继续工作。由于双斗提升机料车是由两条钢丝绳绕其底部拖动其运行，就会发生钢丝绳脱离料车出现松绳现象，直至松绳保护系统启动卷扬系统才会停止运行（此时间取决于现场钢丝绳的物理状态）。而悬停在窑顶的料车，只能通过人员确认后，手动处理至目标位置，但在故障处理之前，料车随时有可能在重力作用下迅速下滑冲击至钢丝绳位置，造成”飞车”，如果窑内发生悬料现象，当窑内悬料下降，料车就会跟随料车口的原料迅速滑向窑内，造成窑内“飞车”事故。

3.2 “绞绳”事故

当系统运行时，经常发生卷扬系统现场运行与控制程序不同步，导致钢丝绳发生“绞绳”事故，经过分析得出，系统断电和上超限损坏都可能引发“绞绳”事故。

双斗提升机料车位置的确定是由S7-317PLC定位模块FM351和欧姆龙旋转编码器组成的料车定位系统控制实现，由于旋转编码器是增量编码器，转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，但是在实际生产过程中系统出现故障断电时，由于现场噪声及振动的影响，编码器无法做到零偏移，而且这种偏移的量是无法确定的，所以只能将编码器的数据初始化，这时控制程序中双斗提升机的位置将与料车的实际位置不符，如果不及时发现，继续控制料车运行，在这种情况下，如果料车物理位置已到达下限位置，PLC系统检测位置仍处于运行状态，卷扬系统继续运行，这样就会造成卷扬系统钢丝绳出现“绞绳”现象。

双斗提升机料车的上超限采用了西门子三线制接近开关，安装在窑顶料槽上部料车轨道的顶端，该开关在投产初期使用效果较好，但经过一段时间的使用，接近开关耐高温性能逐渐变差，如果窑内煅烧工况不稳定，窑顶料槽瞬时温度可达300℃以上，这样接近开关的损坏使双斗提升机料车失去上超限的保护，这样就增大了“绞绳”事故发生的概率。

4 改造方案

为了防止上述情况的发生，经过技术上的论证，结合现场实际提出了可行的改造方案。

4.1 增加连锁控制

“飞车”事故的主要原因是窑顶料槽料位高，当窑顶料槽料位高于1．9 m时就存在双斗提升机料车不能倒尽料的问题。针对此问题，经研究决定在STEP7中增加连锁控制程序，具体操作是在窑顶安装西门子RD260型料位计，与窑前加料系统形成连锁，料位计对储料槽进行实时监控，当料位达到设定值时，系统产生连锁信号，阻止振筛启动进行加料，这样就有效地避免了“飞车”事故，STEP7控制程序见图2。

图2 电子称量斗控制图

4．2 增加绝对值编码器

对于电源故障时编码器数据初始化而造成控制程序与料车的实际位置不符，以及料车轨道上超限因环境高温不断损坏的问题，我们在系统中增加了绝对值编码器，绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组20～2n-1的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。该编码器可作为系统的一个远程站，用它来代替上、下超限位，这样不但从根本上解决了因环境高温而使接近开关频繁损坏的问题，而且当旋转编码器（增量编码器）故障时，绝对值编码器能有效地起到保护作用，进而很好地解决了双斗提升机卷扬系统钢丝绳“绞绳”事故的发生，绝对值编码器的配置见图3。

图3 绝对值编码器的配置图

5 结束语

改造完成后，双斗提升机“飞车及绞绳”事故得以消除，有效提高了设备的运行效率，降低了电气装置的更换率，减少了设备维修费用，经济效益显著，有效避免了重大安全事故的发生和人员伤亡，使生产稳定和顺行得到保障。在改造过程中，我们积累了许多宝贵的实践经验，对其它双斗提升机上料系统有着重要的指导意义和借鉴作用。

Incident of Running Away and Rope Twisting and Relevant Modification at Double Bucket Hoist of Tiantie Limestone Mine

CAO Cai-na
(Limestone Mine of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

The paper analyzes the incident of“running away and rope twisting“occurring at the production of the double bucket hoist of Tiantie Limestone Mine．Modification measures were taken of adding interlock control and absolute encoders to improve the system and eliminate faults．The running efficiency of the equipment was improved and the smooth and stable running of the production ensured．High economic effect was achieved．

double bucket hoist;running away;rope twisting;modification

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．018

2015-01-13

2015-02-06

曹彩娜（1983—），女，工程师，主要从事电气自动化管理工作。