基于PLC的堆料机接煤板设备电气控制设计与研究

张晨

河北港口集团秦皇岛港股份有限公司第七港务分公司 河北 秦皇岛 066000

引言

为了有效解决堆料机回程皮带甩带煤等影响机容机貌的问题，本文对堆料机进行改造，对其接煤板设备电气控制系统进行了设计。具体措施是在堆料机悬臂头部和尾车头部回程皮带下方增加洗带装置，同时在尾车回程皮带下方增加接料溜槽，通过溜槽及集料箱收集洗带装置清理下的煤及水，在安装洗带装置的基础上，对尾车回程皮带下部运行段进行全封闭改造处理，使洗带装置洗下的煤尘和水集中收集起来，有效防治堆料机皮带下方的沿途污染。彻底解决皮带煤泥甩带问题，提高现场环保质量，在提高产品核心竞争力的前提下实现可持续发展。

1 技术方案

1.1 电控系统

接煤板电控系统与现有的三级洒水、雪雾一体机进行整合，电控系统包括对接煤槽和溜筒、集料箱、水刀喷管、供水管路及强冲喷管的伴热系统、洗带电动阀、强洗电动阀、自动流程运行、司机室功能选择、故障报警、自动排污等集中控制[1]。

1.2 配电部分

新设计和制作的配电系统符合IP65标准，为不锈钢控制箱，同时向整机系统上的电动阀、管路电伴热、溜槽加热板，变频器及PLC等部分供电。

1.3 控制部分

1.3.1 总体控制方案。在原有雪雾控制系统上新增1台罗克韦尔2080PLC、汇川18.5kW变频器及不锈钢控制柜来实现整合集中控制，将原有的水泵启动控制箱改为变频器调速控制。自动模式下，司机通过控制面板上旋转开关任意选择工作模式（接煤板装置、三级洒水、雪雾除尘、悬臂洗带装置），PLC[2]接收到皮带运行状态信号后，输出供水电动阀打开信号，当PLC接收到电动阀开到位反馈信号后，才能发出变频器启动信号，变频器通过压力变送器反馈的模拟信号自动控制电机转速来调整供水压力，皮带停止运行，运行状态信号断开后，PLC断开变频器运行信号，停止工作，同时也要接收到电动阀所反馈的关到位信号，否则输出故障信号，故障指示灯点亮。在PLC接收到集料箱上限位信号时，输出搅拌泵运行信号，运行10秒后发出渣浆排污泵运行信号，接收到低液位信号时，搅拌泵及渣浆排污泵停止工作。手动模式时，通过新增控制箱上运行/停止按钮进行独立操作，变频器始终依据变送器反馈的模拟信号自动控制电机转速来调整供水压力[3]。

1.3.2 故障信号显示。故障指示与现场实际情况完全一致，故障指示信号、冬季低温报警信号、立体泵故障信号、断路器跳闸信号、4路电动阀运行状态指示、渣浆排污泵运行状态及故障信号及搅拌泵运行状态及故障信号，自动运行信号利用控制箱操作面板指示灯显示的同时通过以太网与大机PLC进行通信[4]，实现逻辑控制。

1.3.3 电动阀的逻辑控制。对接煤板电动阀的控制是通过PLC来实现逻辑控制的[5]。我们将悬臂皮带启动信号与皮带运行信号串联，一旦这两个信号得电则输出点O4504输出一个高电平，对应的普通冲洗电动阀打开，开始普通冲洗模式，直到任意一条皮带信号失电，普通冲洗模式终止[6]。另外，通过利用TON和TOF两组延时导通和延时关断指令，实现对强冲洗电动阀的间歇性启停控制，即强冲洗喷洒模式为每间隔300秒喷洒180s[7]。这样的操作可以很好地满足现场的除尘效果，最大程度上避免了物料的堆积。

图1 接煤板电动阀控制程序

1.3.4 控制箱设计。完全依照IP65标准，建立的配电控制站可耐现场最高、低温度以及支承结构的振动，配电总断路器与各功能部断路器单独控制，内部设有漏电保护标准插座，柜内设有独立的直流电源、机壳安全接地、电缆屏蔽地接点端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。各功能部分电动阀、水泵电机、伴热等电源设有独立断路器及掉闸辅助报警触点，设有中间继电器或接触器控制[8]。

图2 电控箱配盘

2 应用情况简述

堆料机新型洗带接料系统研发及应用项目，在完成设计和制造后，于2020年10月投入运行。自运行以来，特别是经历的严寒冬季恶劣天气和工作环境的考验，再经过系统跟踪对比，其整体物料清理、承接、回收及抑尘系统效果良好，能够有效改善堆料机悬臂和尾车下方区域大量积料难题，大机的机容机貌有了明显的提升，显著减少因积煤导致的设备故障，有效保证设备运转正常。特别是冬季低温运行条件下，集成伴热式接料板和集料箱的投入，可靠保证了物料防冻和正常回收。现场物料清理量大幅度下降，且洗带箱、接料槽的日常、检查十分便利，有效保证了设备的运行使用效果，达到了预期的目的和效果。

3 实施效果

从现场作业反馈的情况来看，改进后的设备效果显著。为进一步对比其使用效果，本文对改造前后的现场作业效果进行对比分析，其效果如下图。图3为改造前的作业情况，从图片上看，堆料机作业完甩带物料问题严重，机体煤泥淤积严重；图4为改造后的作业情况，从图片上可以看出，堆料机作业完基本无甩带物料，机体干净整洁。

图3 改造前堆料机作业完甩带物料问题严重，机体煤泥淤积严重

图4 改造后堆料机作业完基本无甩带物料，机体干净整洁

4 经济与社会效益

项目实施后，为公司节省了大量物料清理的费用，增加了系统运行台时产量，累计为公司年创造效益总计1504.7万元左右。彻底解决了物料在转运过程中甩带堆积问题，避免造成设备及周围环境污染，改善相关区域环境质量与机容机貌。同时也能杜绝煤泥堆积对设备钢结构造成严重腐蚀破坏，提高设备完好率与使用寿命，减少停机维护时间与人工成本。能够在一定程度上为企业长远发展提供前行动力，为国家环保目标的实现和企业综合竞争力的提高做出贡献。