王庄煤矿快速定量装车站升级改造实践

时间：2024-07-28

王玮

（潞安集团王庄煤矿，山西长治 046000）

潞安集团王庄煤矿快速定量装车站于2010年7月投产，快速装车系统有两个万吨仓，可一次性接车51节。由于年久失修及部分人为原因，致使作业钝化，效率下降，因此对该快速定量装车站的升级非常迫切。

1 快速定量装车站介绍

1.1 快速定量装车站的特点

快速装车站是一种以自动控制的方式迅速并不间断地将固体物料按预定的重量装载到以特定速度行驶的列车中的一种非常高效的定量装车系统。快速装车站的特点：（1）自动化程度很高。系统内几乎所有设备都是通过PLC来达到远程集中控制与操作的效果，设备的运行故障等信息均可以显示在控制计算机屏幕上。（2）装车速度快。62 t/节用时一般为60 s，最快能接近40 s，装66节整列车用时为50～80 min。（3）装车精度很高。称重仓静称重误差只有±0.1%，每节车皮的装车误差可控制在±0.3%，整列车装车误差小于±0.3%。（4）装车质量好。系统装车后车皮表面平整，几乎无偏载，可以做到完全符合铁路运行要求。（5）环保性能良好。装车过程为全封闭式，装载后的车皮表面又有一道碾压固化封尘的步骤，因此可做到撒煤少、煤尘少，几乎对环境无污染。

1.2 快速装车站的组成

快速装车站通常包括装载系统（装载系统包括缓冲仓、定量仓和装载溜槽等塔楼设备）、给料系统（由给煤机和胶带机组成）和采样系统（由煤炭采制样和分析化验设备构成）。此三个系统都配备有PLC远程控制站和相应的供配电设施[1-2]。

1.3 快速装车系统升级改造方案的确定

王庄煤矿快速装车站自2010年投产后从未进行过大规模检修，加之平时存在一些维护不利的状况，导致监控系统运行速度变慢，电脑控制故障软件反馈系统出现误反馈，无法快速、正确地找出故障点等问题，这些问题严重影响了装车效率。针对王庄煤矿快速装车站出现的问题，最终决定对装车站控制系统、给煤机及其控制系统、伸缩溜槽等进行升级改造。

2 控制系统的升级改造

2.1 软件系统的升级改造

装车站工控机在运行时，不可避免会产生大量的临时文件，例如Temp文件。大量临时文件占用着硬盘和系统资源，导致工控机处理信息速度慢。控制系统的程序和应用软件增加，产生许多无用节点，最终工控机的运行速度越来越慢，直接造成上位机操作界面与下位PLC联机速度变慢，现场信号传递延时。针对该问题进行了软件升级方案的确定，具体见表1。升级改造后的软件系统运行良好，响应速度快，克服了上述不足。

表1 软件升级?方案

2.2 硬件系统的升级改造

升级后的控制系统硬件采用美国Rockwell公司的ControlLogix系列的PLC设备，并通过以太网与两台上位机通讯。

Control Logix过程控制站选用的是Logix5555高性能过程控制器，具备32位RISC CPU，它可以实现应用分段，支持多达32个独立任务运行，具有15个优先级，使得系统结构更加优良。Logix5555控制器的优势包括：拥有单一框架下的多处理器，可以达到分担负荷来提高应用性能的目的；CPU可以实现I/O共享；处理器之间的通迅没有障碍（免去编写应用代码的步骤）；I/O工作能力不受固定内存区域约束等。

3 给煤机的升级改造

由于原给煤机系统老化致使工况动作不及时，极大地限制了工作效率，本次升级改造对给煤机的控制系统做了全面升级并更换了部分硬件。升级改造后给煤机的所有返回信号全部接入输入模块，给煤机的集中、就地启动都受到PLC程序的控制。具体运行过程：在集中控制时，操作员启动胶带输送机，然后在计算机屏幕上选中要开启的给煤机，所选中的给煤机就开始运行。如果给煤机出现故障，操作界面就发出报警，提示操作员注意，故障信息就会在报警列表中反映出来。就地运行时，运转工按就地启动按钮，处理器检测到启动按钮的返回信号，就给输出模块发出指令，输出模块的输出点动作，给煤机控制接触器吸合，给煤机开始运行。

升级改造后的给煤机与胶带输送机之间存在闭锁关系，胶带输送机不运行，给煤机就不能开启。胶带输送机运行是给煤机运行的先决条件，这样可以避免压死胶带输送机的事故。装车系统在自动或半自动模式下运行时，给煤机的启动、停止还受到缓冲仓料位信号的控制，当缓冲仓的煤量达到总容积的70%（180 t）时，给煤机自动停止运行，待料位降至50%以下之后，给煤机重新开启。这样就避免缓冲仓发生满仓、防堵开关动作后造成的重负荷停车，否则就会影响正常的装车作业。当胶带上的煤量过大时，防堵开关来不及动作，还会造成胶带输送机非工作面返煤，损坏相关设备，使事故进一步扩大[3]。给煤机的电气控制原理图如图1。

图1 给煤机的电气控制原理图

4 溜槽断电自动提升保护

伸缩溜槽是通过操作台上的操作手柄控制电磁换向阀来实现上下提升的。原先装车站系统在装车过程中，如果供电系统突然停电，液压泵将无法继续正常工作，电磁阀也无法动作，这时如果火车又不能及时停车的话，就很有可能造成溜槽与车皮相撞的事故，必然会在经济上造成很大的损失。虽然原先系统未发生过此类事故，但是为了有效地预防此类事故的发生，经过现场研究确定对PLC控制系统进行改造，增加一个15 kVA的UPS，由UPS给PLC电源模块供电，停电后利用UPS电源实现溜槽自动提升。具体改造方案是：将原控制电源220 V及PLC电源模块电源220 V均改由UPS的输出提供；其次在液压泵空气开关负荷侧引一火线A至中间继电器C1的线圈上，将UPS的火线H经中间继电器C1的常开触点送至输入模块上。电气原理图及梯形图如图2。

图2 溜槽断电自动提升电气原理

正常供电情况下，中间继电器C1带电，其常开触点闭合。UPS电源H送至输入模块I：005/14，梯形图中I：005/14的常闭点为假，此时只有通过操作手柄才可控制溜槽的上下移动。在突然断电情况下，中间继电器C1失电，其常开触点断开，UPS电源H无法送至输入模块I：005/14，故梯形图中其常闭点为真，使输出点O：016/13也为真，输出点O：016/13随即输出220 V至电磁阀提升线圈C2上，从而利用液压油路中的余压将溜槽自动提起，也就杜绝了溜槽与车皮相撞的可能性[4]。