1 前 言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠老區(qū)原料場(chǎng)主要負(fù)責(zé)原燃料的接收、驗(yàn)收、貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、中和混勻等生產(chǎn)任務(wù)，以及為高爐、燒結(jié)機(jī)、豎爐生產(chǎn)提供原料運(yùn)輸供應(yīng)。老區(qū)原料場(chǎng)分一次料場(chǎng)和混勻料場(chǎng)兩部分，共有7臺(tái)堆取料機(jī)。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，堆取料機(jī)與地面大皮帶之間沒(méi)有聯(lián)鎖控制，當(dāng)一方設(shè)備出現(xiàn)故障，另一方設(shè)備不能及時(shí)停止，易造成皮帶壓料、堆取料機(jī)損壞等故障，給生產(chǎn)造成很大的困擾。另外，由于料場(chǎng)距離長(zhǎng)（約450 m），堆取料機(jī)供電線路較長(zhǎng)，停送電不及時(shí)，存在生產(chǎn)安全隱患，影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。隨著燒結(jié)機(jī)及高爐生產(chǎn)能力的提高，進(jìn)廠原料數(shù)量增加，堆取料機(jī)由原間歇性運(yùn)行模式調(diào)整為連續(xù)運(yùn)行模式，堆取料機(jī)的安全可靠運(yùn)行尤其重要。堆取料機(jī)與地面大皮帶之間必須實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，縮小故障范圍，以降低故障損失程度。

2 設(shè)備故障分析

2.1 滑線供電故障

堆取料機(jī)通過(guò)地面滑線傳輸方式供電。由于堆取料機(jī)道軌、皮帶支架地基下沉不均，滑觸線隨著皮帶機(jī)支架產(chǎn)生震動(dòng)，以及滑線安裝誤差等原因，使得動(dòng)力滑觸線及其集電器支架變形脫落。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)物料導(dǎo)電粉塵濃度高、硬度大、磨損嚴(yán)重，滑觸線絕緣經(jīng)常被破壞，易造成短路起火，如果不能及時(shí)切斷滑線電源，將會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大乃至燒毀堆取料機(jī)的嚴(yán)重設(shè)備事故，威脅崗位人員的人身安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，滑觸線故障率占堆取料機(jī)總故障的70%。由于滑線電源在低配室控制，低配室與料場(chǎng)滑線間距離大約500 m，短時(shí)間無(wú)法停、送電。

2.2 無(wú)聯(lián)鎖控制造成的故障

堆取料機(jī)與地面大皮帶之間沒(méi)有聯(lián)鎖控制。當(dāng)堆取料機(jī)堆料時(shí)出現(xiàn)故障，車上崗位人員要聯(lián)系主控室停止地面大皮帶運(yùn)行或者聯(lián)系地面大皮帶崗位停止大皮帶運(yùn)行，聯(lián)系時(shí)間長(zhǎng)，停機(jī)操作不及時(shí)，易造成堆取料機(jī)事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)變形；當(dāng)堆取料機(jī)取料時(shí)，若地面運(yùn)輸皮帶出現(xiàn)故障，堆取料機(jī)不能及時(shí)停止取料，則易造成地面皮帶堵料、撒料、壓料，甚至拉斷皮帶等現(xiàn)象。

3 改造方案

造成以上問(wèn)題的原因在于堆取料機(jī)與地面沒(méi)有建立起應(yīng)有的數(shù)據(jù)通訊，彼此之間沒(méi)有數(shù)據(jù)聯(lián)系。項(xiàng)目改造思路：采用智能無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置完成堆取料機(jī)與地面的數(shù)據(jù)通訊，即在堆取料機(jī)、滑線、大皮帶之間安裝無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置。無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置由堆取料機(jī)無(wú)線通訊站、地面無(wú)線通訊站、天線3部分組成。無(wú)線通訊站支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或1點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)使用，負(fù)責(zé)采集移動(dòng)設(shè)備、地面設(shè)備運(yùn)行控制信號(hào)；天線是智能控制裝置的附屬設(shè)備，負(fù)責(zé)將移動(dòng)、地面無(wú)線通訊站的信號(hào)時(shí)時(shí)發(fā)送。

3.1 無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置工作原理

智能無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置采用工業(yè)級(jí)微處理器和電子元器件，該系統(tǒng)采用信道分離、地址識(shí)別、數(shù)據(jù)代碼和校驗(yàn)、接收確認(rèn)以及抗干擾設(shè)計(jì)，并采用無(wú)線及本地兩種采集模式，從而達(dá)到工業(yè)控制的高可靠性和實(shí)時(shí)性要求。無(wú)線通訊站接收到輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，單片機(jī)對(duì)其運(yùn)算和處理，把開(kāi)關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換頻率為 2400DBS 與其發(fā)射模塊接口協(xié)議一致的232信號(hào)，以數(shù)據(jù)包形式通過(guò)通訊站發(fā)射模塊發(fā)送，當(dāng)對(duì)方接到信號(hào)后反饋1個(gè)停止信號(hào)，無(wú)線發(fā)射模塊停止發(fā)射。無(wú)線接收模塊以無(wú)線方式接收到數(shù)據(jù)包并進(jìn)行處理，以232信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算、處理，驅(qū)動(dòng)繼電器閉合實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸，即實(shí)現(xiàn)一端開(kāi)關(guān)量輸入，另一端開(kāi)關(guān)量輸出。

選用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信方式，在1臺(tái)堆取料機(jī)無(wú)線通訊站與其他堆取料機(jī)無(wú)線通訊站之間設(shè)置不同的頻率及不同的IP地址，避免各機(jī)之間的相互干擾；針對(duì)料場(chǎng)料堆較高、料場(chǎng)附近電器設(shè)備較多的特點(diǎn)，選擇高頻通訊頻段，避免其他通訊設(shè)備的干擾，降低發(fā)射設(shè)備的功率。

3.2 無(wú)線聯(lián)鎖控制裝置主要特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)性。其全方向的無(wú)線信號(hào)發(fā)射設(shè)計(jì)及專用的數(shù)據(jù)傳輸頻段和不受障礙物的阻礙特性，以毫秒級(jí)時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)、校驗(yàn)數(shù)據(jù)、發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。

2）高可靠性。該設(shè)備采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用，地面設(shè)備只供1臺(tái)堆取料機(jī)使用，增加了可靠性，且傳輸速度快，從發(fā)射出信號(hào)到接受到信號(hào)只需15 ms，基本無(wú)延時(shí)。因無(wú)主站控制，可避免堆取料機(jī)出現(xiàn)**癱瘓。裝置采用信道分離，每臺(tái)堆取料機(jī)之間的頻率信道間隔在18 MHz，無(wú)相互干擾，更加可靠；采用

IP地址識(shí)別，在每1套通訊系統(tǒng)之間，在單片機(jī)中設(shè)置**的IP地址，增加了其可靠性；在每1套通訊裝置間發(fā)送**的數(shù)據(jù)代碼，通訊站只有接到與設(shè)定

一致的數(shù)據(jù)包才有效。裝置在接到正確信號(hào)后，自動(dòng)反饋“停止”信號(hào)；若接收不到反饋信號(hào)，則裝置連續(xù)發(fā)送信號(hào)，以保證始終保持聯(lián)絡(luò)狀態(tài)。

3）裝有備用電源以確保運(yùn)行安全。內(nèi)置蓄電池備用電源，當(dāng)外供電斷開(kāi)時(shí)，可自動(dòng)切換由內(nèi)置電源供電，可保證設(shè)備停電后持續(xù)供電120 s，以保證狀態(tài)信息及時(shí)發(fā)送到對(duì)方，避免因設(shè)備斷電而影響設(shè)備的正常使用，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4）使用頻段符合國(guó)家要求。使用頻帶展寬220M～238 MHz，符合國(guó)家關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸頻率要求，且現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有同一頻率的設(shè)備，不發(fā)生相互干擾。

5）傳輸距離長(zhǎng)。該設(shè)備功率低于1 W，采用內(nèi)置12 dBi天線，適合遠(yuǎn)距離傳輸，其理論傳輸距離2km，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際傳輸距離1.5 km，完全滿足使用要求。

6）環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)。該設(shè)備按照工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，主機(jī)可在非露天環(huán)境、輕微粉塵、潮濕、雨雪、大霧等惡劣環(huán)境下使用。

3.3 堆料狀態(tài)下電氣控制原理

堆料時(shí)，聯(lián)鎖裝置控制原理見(jiàn)圖1、圖2。

1）聯(lián)鎖啟動(dòng)：車載皮帶啟動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)觸點(diǎn)閉合，車載無(wú)線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號(hào)，地面無(wú)線通訊站接收端K2（地）接收信號(hào)，大皮帶繼電

器KA2線圈吸合，KA2觸點(diǎn)閉合，大皮帶啟動(dòng)。

2）聯(lián)鎖停止：車載皮帶停止，其運(yùn)行信號(hào)斷開(kāi)，車載無(wú)線通訊站發(fā)射端X2（車）信號(hào)中斷，地面無(wú)線通訊站接收端K2（地）信號(hào)斷開(kāi)，大皮帶繼電器KA2線圈斷開(kāi)，KA2觸點(diǎn)斷開(kāi)，大皮帶停止。

3）單動(dòng)啟動(dòng)：SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)閉合（左轉(zhuǎn)），短接車載皮帶運(yùn)行信號(hào)，車載無(wú)線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號(hào)，地面無(wú)線通訊站接收端 K2（地）接收到信

號(hào)，大皮帶繼電器KA2線圈吸合，KA2觸點(diǎn)閉合，大皮帶單動(dòng)啟動(dòng)。

3.4 取料狀態(tài)下電氣控制原理

取料時(shí)，聯(lián)鎖裝置控制原理見(jiàn)圖3、圖4。

1）聯(lián)鎖啟動(dòng)：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1打到取料狀態(tài)，大皮帶 KA2 線圈吸合，大皮帶具備啟動(dòng)條件后啟動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)觸點(diǎn)閉合，地面無(wú)線通訊站發(fā)射端X1（地）發(fā)射信號(hào)，車載無(wú)線通訊站接收端K1（車）接收到信號(hào)，車載皮帶繼電器KA1線圈吸合，KA1觸點(diǎn)閉合，車載皮帶啟動(dòng)。

2）聯(lián)鎖停止：大皮帶停止，其運(yùn)行信號(hào)斷開(kāi)，地面無(wú)線通訊站發(fā)射端X1（地）信號(hào)中斷，車載無(wú)線通訊站接收端K1（車）信號(hào)斷開(kāi)，大皮帶繼電器KA1線圈斷開(kāi)，KA1觸點(diǎn)斷開(kāi)，車載皮帶停止。

3）單動(dòng)啟動(dòng)：SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)閉合（右轉(zhuǎn)），短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA1 觸點(diǎn)，車載接觸器線圈吸合，車載皮帶單動(dòng)啟動(dòng)。

3.5 滑線聯(lián)鎖狀態(tài)下電氣控制原理

與安全滑觸線聯(lián)鎖時(shí)，其控制原理見(jiàn)圖5、圖6。

1）供電啟動(dòng)：SA2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)閉合，短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA3 觸點(diǎn)，滑線供電接觸器線圈吸合，滑線供電啟動(dòng)。2）供電聯(lián)鎖：急停按鈕SB1閉合，車載無(wú)

線通訊站發(fā)射端X3（車）發(fā)射信號(hào)，地面無(wú)線通訊站接收端K3（地）接收到信號(hào)，滑線繼電器KA3線圈吸合，KA3觸點(diǎn)閉合，滑線供電運(yùn)行（SA2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)）。3）故障停止：滑線故障，操作人員按動(dòng)緊急按鈕 SB1，其緊急信號(hào)斷開(kāi)，車載無(wú)線通訊站發(fā)射端X3（車）信號(hào)中斷，地面無(wú)線通訊站接收端K3（地）信號(hào)斷開(kāi)，滑線繼電器KA3線圈斷開(kāi)，KA3觸點(diǎn)斷開(kāi)，滑線供電停止。

通過(guò)其裝置實(shí)現(xiàn)大型機(jī)具與大皮帶、大型機(jī)具與滑線之間的遠(yuǎn)距離無(wú)線聯(lián)鎖控制，能快速?gòu)拇笮蜋C(jī)具上對(duì)滑線、皮帶進(jìn)行應(yīng)急停止，從而滿足工業(yè)控制的可靠性和實(shí)時(shí)性要求，保障大型機(jī)具和大皮帶之間聯(lián)鎖反應(yīng)的快速與及時(shí)性，不但實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，而且降低了設(shè)備故障率。

4 實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，解決了原料場(chǎng)堆、取料移動(dòng)設(shè)備與地面皮帶機(jī)之間不能同步聯(lián)鎖控制的難題，避免了因設(shè)備不能同步控制造成停機(jī)等間接經(jīng)濟(jì)損失；大幅降低了原料場(chǎng)堆取料機(jī)設(shè)備故障率，減少了因滑觸線故障造成的延誤火車卸料現(xiàn)象，確保了原料場(chǎng)礦料的輸送暢通。堆取料機(jī)設(shè)備故障率降低，礦料配比穩(wěn)定，有利于提高燒結(jié)礦質(zhì)量與產(chǎn)量，綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)100余萬(wàn)元。