1 前 言
山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠老區(qū)原料場主要負責原燃料的接收、驗收、貯存、轉運、加工、中和混勻等生產任務，以及為高爐、燒結機、豎爐生產提供原料運輸供應。老區(qū)原料場分一次料場和混勻料場兩部分，共有7臺堆取料機。在日常生產過程中，堆取料機與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制，當一方設備出現(xiàn)故障，另一方設備不能及時停止，易造成皮帶壓料、堆取料機損壞等故障，給生產造成很大的困擾。另外，由于料場距離長（約450 m），堆取料機供電線路較長，停送電不及時，存在生產安全隱患，影響系統(tǒng)正常生產。隨著燒結機及高爐生產能力的提高，進廠原料數(shù)量增加，堆取料機由原間歇性運行模式調整為連續(xù)運行模式，堆取料機的安全可靠運行尤其重要。堆取料機與地面大皮帶之間必須實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，縮小故障范圍，以降低故障損失程度。
2 設備故障分析
2.1 滑線供電故障
堆取料機通過地面滑線傳輸方式供電。由于堆取料機道軌、皮帶支架地基下沉不均，滑觸線隨著皮帶機支架產生震動，以及滑線安裝誤差等原因，使得動力滑觸線及其集電器支架變形脫落。同時現(xiàn)場物料導電粉塵濃度高、硬度大、磨損嚴重，滑觸線絕緣經常被破壞，易造成短路起火，如果不能及時切斷滑線電源，將會導致故障擴大乃至燒毀堆取料機的嚴重設備事故，威脅崗位人員的人身安全。據(jù)統(tǒng)計，滑觸線故障率占堆取料機總故障的70%。由于滑線電源在低配室控制，低配室與料場滑線間距離大約500 m，短時間無法停、送電。
2.2 無聯(lián)鎖控制造成的故障
堆取料機與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制。當堆取料機堆料時出現(xiàn)故障，車上崗位人員要聯(lián)系主控室停止地面大皮帶運行或者聯(lián)系地面大皮帶崗位停止大皮帶運行，聯(lián)系時間長，停機操作不及時，易造成堆取料機事故，嚴重時會引起堆取料機鋼結構變形；當堆取料機取料時，若地面運輸皮帶出現(xiàn)故障，堆取料機不能及時停止取料，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
造成以上問題的原因在于堆取料機與地面沒有建立起應有的數(shù)據(jù)通訊，彼此之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系。項目改造思路：采用智能無線聯(lián)鎖控制裝置完成堆取料機與地面的數(shù)據(jù)通訊，即在堆取料機、滑線、大皮帶之間安裝無線聯(lián)鎖控制裝置。無線聯(lián)鎖控制裝置由堆取料機無線通訊站、地面無線通訊站、天線3部分組成。無線通訊站支持點對點或1點對多點使用，負責采集移動設備、地面設備運行控制信號；天線是智能控制裝置的附屬設備，負責將移動、地面無線通訊站的信號時時發(fā)送。
3.1 無線聯(lián)鎖控制裝置工作原理
智能無線聯(lián)鎖控制裝置采用工業(yè)級微處理器和電子元器件，該系統(tǒng)采用信道分離、地址識別、數(shù)據(jù)代碼和校驗、接收確認以及抗干擾設計，并采用無線及本地兩種采集模式，從而達到工業(yè)控制的高可靠性和實時性要求。無線通訊站接收到輸入的開關量信號，單片機對其運算和處理，把開關量信號轉換頻率為 2400DBS 與其發(fā)射模塊接口協(xié)議一致的232信號，以數(shù)據(jù)包形式通過通訊站發(fā)射模塊發(fā)送，當對方接到信號后反饋1個停止信號，無線發(fā)射模塊停止發(fā)射。無線接收模塊以無線方式接收到數(shù)據(jù)包并進行處理，以232信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機進行信號運算、處理，驅動繼電器閉合實現(xiàn)開關量信號的傳輸，即實現(xiàn)一端開關量輸入，另一端開關量輸出。
選用點對點的無線通信方式，在1臺堆取料機無線通訊站與其他堆取料機無線通訊站之間設置不同的頻率及不同的IP地址，避免各機之間的相互干擾；針對料場料堆較高、料場附近電器設備較多的特點，選擇高頻通訊頻段，避免其他通訊設備的干擾，降低發(fā)射設備的功率。
3.2 無線聯(lián)鎖控制裝置主要特點
1）實時性。其全方向的無線信號發(fā)射設計及專用的數(shù)據(jù)傳輸頻段和不受障礙物的阻礙特性，以毫秒級時間間隔采集數(shù)據(jù)、校驗數(shù)據(jù)、發(fā)射數(shù)據(jù)信號，保證數(shù)據(jù)的準確、可靠。
2）高可靠性。該設備采用點對點使用，地面設備只供1臺堆取料機使用，增加了可靠性，且傳輸速度快，從發(fā)射出信號到接受到信號只需15 ms，基本無延時。因無主站控制，可避免堆取料機出現(xiàn)**癱瘓。裝置采用信道分離，每臺堆取料機之間的頻率信道間隔在18 MHz，無相互干擾，更加可靠；采用
IP地址識別，在每1套通訊系統(tǒng)之間，在單片機中設置**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定
一致的數(shù)據(jù)包才有效。裝置在接到正確信號后，自動反饋“停止”信號；若接收不到反饋信號，則裝置連續(xù)發(fā)送信號，以保證始終保持聯(lián)絡狀態(tài)。
3）裝有備用電源以確保運行安全。內置蓄電池備用電源，當外供電斷開時，可自動切換由內置電源供電，可保證設備停電后持續(xù)供電120 s，以保證狀態(tài)信息及時發(fā)送到對方，避免因設備斷電而影響設備的正常使用，提高了設備運行的可靠性。
4）使用頻段符合國家要求。使用頻帶展寬220M～238 MHz，符合國家關于數(shù)據(jù)傳輸頻率要求，且現(xiàn)場沒有同一頻率的設備，不發(fā)生相互干擾。
5）傳輸距離長。該設備功率低于1 W，采用內置12 dBi天線，適合遠距離傳輸，其理論傳輸距離2km，現(xiàn)場實際傳輸距離1.5 km，完全滿足使用要求。
6）環(huán)境適應強。該設備按照工業(yè)環(huán)境設計，主機可在非露天環(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，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖1、圖2。
1）聯(lián)鎖啟動：車載皮帶啟動，其運行信號觸點閉合，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端K2（地）接收信號，大皮帶繼電
器KA2線圈吸合，KA2觸點閉合，大皮帶啟動。
2）聯(lián)鎖停止：車載皮帶停止，其運行信號斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）信號中斷，地面無線通訊站接收端K2（地）信號斷開，大皮帶繼電器KA2線圈斷開，KA2觸點斷開，大皮帶停止。
3）單動啟動：SA轉換開關閉合（左轉），短接車載皮帶運行信號，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端 K2（地）接收到信
號，大皮帶繼電器KA2線圈吸合，KA2觸點閉合，大皮帶單動啟動。
3.4 取料狀態(tài)下電氣控制原理
取料時，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖3、圖4。
1）聯(lián)鎖啟動：轉換開關SA1打到取料狀態(tài)，大皮帶 KA2 線圈吸合，大皮帶具備啟動條件后啟動，其運行信號觸點閉合，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）發(fā)射信號，車載無線通訊站接收端K1（車）接收到信號，車載皮帶繼電器KA1線圈吸合，KA1觸點閉合，車載皮帶啟動。
2）聯(lián)鎖停止：大皮帶停止，其運行信號斷開，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）信號中斷，車載無線通訊站接收端K1（車）信號斷開，大皮帶繼電器KA1線圈斷開，KA1觸點斷開，車載皮帶停止。
3）單動啟動：SA轉換開關閉合（右轉），短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA1 觸點，車載接觸器線圈吸合，車載皮帶單動啟動。
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，其控制原理見圖5、圖6。
1）供電啟動：SA2轉換開關閉合，短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA3 觸點，滑線供電接觸器線圈吸合，滑線供電啟動。2）供電聯(lián)鎖：急停按鈕SB1閉合，車載無
線通訊站發(fā)射端X3（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端K3（地）接收到信號，滑線繼電器KA3線圈吸合，KA3觸點閉合，滑線供電運行（SA2轉換開關斷開）。3）故障停止：滑線故障，操作人員按動緊急按鈕 SB1，其緊急信號斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X3（車）信號中斷，地面無線通訊站接收端K3（地）信號斷開，滑線繼電器KA3線圈斷開，KA3觸點斷開，滑線供電停止。
通過其裝置實現(xiàn)大型機具與大皮帶、大型機具與滑線之間的遠距離無線聯(lián)鎖控制，能快速從大型機具上對滑線、皮帶進行應急停止，從而滿足工業(yè)控制的可靠性和實時性要求，保障大型機具和大皮帶之間聯(lián)鎖反應的快速與及時性，不但實現(xiàn)節(jié)能降耗，而且降低了設備故障率。
4 實施效果
項目實施后，解決了原料場堆、取料移動設備與地面皮帶機之間不能同步聯(lián)鎖控制的難題，避免了因設備不能同步控制造成停機等間接經濟損失；大幅降低了原料場堆取料機設備故障率，減少了因滑觸線故障造成的延誤火車卸料現(xiàn)象，確保了原料場礦料的輸送暢通。堆取料機設備故障率降低，礦料配比穩(wěn)定，有利于提高燒結礦質量與產量，綜合經濟效益達100余萬元。
