裴世友 馬鵬飛

摘要：介紹神寶能源公司膠帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析影響膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的因素，提出優(yōu)化PLC程序設(shè)計(jì)，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)維修管理，加強(qiáng)人員培訓(xùn)力度，掌握核心技術(shù)等措施，為確保膠帶運(yùn)輸高效、安全、平穩(wěn)運(yùn)行，繼而為神寶能源公司快速發(fā)展打造五千萬(wàn)噸級(jí)煤炭生產(chǎn)基地提供保障。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī);現(xiàn)狀;生產(chǎn)效率;措施

概況

神寶能源公司露天礦坐落于呼倫貝爾草原中部，開(kāi)采工藝為單斗—卡車(chē)間斷工藝，煤炭由卡車(chē)從采煤工作面運(yùn)至地面破碎站，破碎后經(jīng)膠帶輸送機(jī)運(yùn)往儲(chǔ)煤倉(cāng)，然后由鐵路快速裝車(chē)外運(yùn)或地銷(xiāo)外運(yùn)。目前，神寶能源公司露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)由4套一級(jí)破碎站，3臺(tái)二級(jí)破碎機(jī)、2套儲(chǔ)煤倉(cāng)、29條膠帶輸送機(jī)、2套快速定量裝車(chē)站組成，最大生產(chǎn)能力約為12萬(wàn)噸/天。

破、儲(chǔ)、運(yùn)、裝地面生產(chǎn)系統(tǒng)，均采用PLC自動(dòng)化控制。其中，膠帶輸送機(jī)在集控室進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-400冗余結(jié)構(gòu)，主站設(shè)置雙CPU采用總線型網(wǎng)絡(luò)，分站采用I/O模塊接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并用IM153-2信號(hào)模塊與主站之間進(jìn)行Profibus DP通信，冗余結(jié)構(gòu)是目前較成熟且應(yīng)用較廣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障，另一套系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)投入工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。一級(jí)破綻站、堆取料機(jī)及快速定量裝車(chē)站為就地操控室控制，有獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，完成自身的生產(chǎn)邏輯控制，將運(yùn)行、故障、頻率、電流等信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)傳至集控室，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器中并在上位機(jī)控制界面進(jìn)行顯示、記錄，便于操作人員的監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)。

膠帶輸送機(jī)作為地面生產(chǎn)系統(tǒng)的重要的組成部分，其分布范圍廣，生產(chǎn)線長(zhǎng)，已有29條膠帶輸送機(jī)，水平機(jī)長(zhǎng)8000余米。煤炭從破碎到裝車(chē)少則經(jīng)過(guò)4-5條膠帶輸送機(jī)，多則經(jīng)過(guò)7-8膠帶輸送機(jī)，最長(zhǎng)的輸送距離達(dá)3600多米。膠帶輸送機(jī)作為地面生產(chǎn)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，其運(yùn)行效率的高低直接影響到整個(gè)地面生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。所以，提高膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行效率對(duì)神寶能源公司生產(chǎn)而言意義重大。

1.影響膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的因素

影響膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的主要因素有自然因素：氣候、原煤物理特性;技術(shù)因素：設(shè)計(jì)因素、生產(chǎn)工藝;企業(yè)組織管理水平、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等。

1.1環(huán)境因素

膠帶輸送機(jī)由于其生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，一條輸送線路的生產(chǎn)效率，不是取決于生產(chǎn)效率最大的那條膠帶輸送機(jī)，而是取決于生產(chǎn)效率最低的那條膠帶輸送機(jī)——木桶原理。神寶能源公司露天礦坐落于呼倫貝爾草原中部，年平均溫度-2.6℃，最高氣溫達(dá)39.4℃，最低氣溫達(dá)-45℃，屬大陸性亞寒帶氣候，冬季長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的封凍期。寒冷的天氣使煤層凍結(jié)，一方面使單斗挖掘機(jī)的挖掘阻力顯著增大，使單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率嚴(yán)重下降（煤塊體積超過(guò)2.3m3較多），進(jìn)而導(dǎo)致下游破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率下降。另一方面由于原煤中含有水分，冬季原煤極易凍粘在膠帶上，也會(huì)影響膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率。再有嚴(yán)寒的天氣，使鋼材的脆性增加，單斗挖掘機(jī)直接開(kāi)采方式，極易出現(xiàn)鏟斗斗齒斷裂的情況，斷裂的鏟斗斗齒一旦隨原煤進(jìn)入破碎機(jī)，將會(huì)造成破碎機(jī)聯(lián)軸器、滾齒等破壞性損壞故障，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2013年鐵器入破次數(shù)及影響時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

合計(jì)

鐵器入破次數(shù)

3

2

2

1

0

1

1

1

2

3

1

3

20

影響時(shí)間（小時(shí)）

7

5

6

0

0

3

3

2

5

0

5

0.7

36.7

備注

鐵器主要為：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)的斗齒、護(hù)唇以及鉆機(jī)的鉆頭等。

1.2設(shè)計(jì)因素

眾所周知膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率直接取決于帶寬和帶速，膠帶輸送機(jī)的帶寬越寬、帶速越快其生產(chǎn)效率就大，反之越小。計(jì)算選型失誤是影響膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的根本原因，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)過(guò)載或欠載運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行是十分不利的。

從破碎站點(diǎn)到裝車(chē)站點(diǎn)或是儲(chǔ)煤站點(diǎn)間膠帶輸送機(jī)的數(shù)量也會(huì)間接影響到整個(gè)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，膠帶輸送機(jī)越多，需要維護(hù)保養(yǎng)的設(shè)備越多，啟機(jī)時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生故障的概率越大，生產(chǎn)效率也就越低。在實(shí)際生產(chǎn)中，每一條膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間約為4-6分鐘（包括;人員到位、設(shè)備到位：膠帶的調(diào)偏、液壓拉緊到位、調(diào)速耦合器和減速器溫度等），以5條膠帶輸送機(jī)為例，不考慮其他突發(fā)狀況，全部啟動(dòng)達(dá)到滿速運(yùn)行的時(shí)間約為30分鐘。

1.3企業(yè)組織管理因素

企業(yè)的組織管理和設(shè)備的維修保養(yǎng)水平直接影響膠帶輸送機(jī)的故障時(shí)間，進(jìn)而影響膠帶輸送機(jī)的開(kāi)機(jī)率。故障時(shí)間主要包括內(nèi)障時(shí)間、外障時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間，主要是因?yàn)榻M織管理和設(shè)備的維修保養(yǎng)等因素引起的設(shè)備停止作業(yè)時(shí)間，設(shè)備故障時(shí)間越長(zhǎng)，膠帶輸送機(jī)的開(kāi)機(jī)時(shí)間就越少，其生產(chǎn)效率也就越低。

膠帶輸送機(jī)作為采掘設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備與鐵路快速定量裝車(chē)的中間環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)效率也受到單斗挖掘機(jī)、快速裝車(chē)站生產(chǎn)能力的影響。例如，單斗挖掘機(jī)與卡車(chē)數(shù)量及能力的配比不合理、操作人員操作方法不正確、鐵路車(chē)皮協(xié)調(diào)不到位以及設(shè)備故障等。

1.4控制工藝特點(diǎn)

1.4.1膠帶輸送機(jī)的啟動(dòng)流程

膠帶輸送機(jī)遵循逆煤流啟動(dòng)，順煤流停車(chē)，不可越級(jí)或同時(shí)啟動(dòng)。正常生產(chǎn)情況下，采用集中遠(yuǎn)程控制方式，在上位機(jī)上控制膠帶輸送機(jī)的啟停。膠帶輸送機(jī)啟動(dòng)條件多——各項(xiàng)保護(hù)無(wú)動(dòng)作、液壓拉緊裝置拉緊信號(hào)反饋、上一級(jí)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行且達(dá)到滿速、制動(dòng)器開(kāi)到位信號(hào)返回、聲光報(bào)警完畢、驅(qū)動(dòng)、托輥等裝置完好，風(fēng)機(jī)、油泵、制動(dòng)器無(wú)故障信號(hào)等。任何一個(gè)條件不滿足，膠帶輸送機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)。每條膠帶輸送機(jī)聲光報(bào)警時(shí)間約為20-30s，膠帶啟動(dòng)達(dá)到滿速的時(shí)間，調(diào)速型液力耦合器為50s左右（現(xiàn)場(chǎng)16條使用，占膠帶機(jī)總數(shù)的55%），變頻期為140s左右（現(xiàn)場(chǎng)1條使用）。啟動(dòng)一條膠帶機(jī)的時(shí)間約為4-6分鐘，其中1分鐘的啟動(dòng)調(diào)速時(shí)間，3-5分鐘的現(xiàn)場(chǎng)檢查準(zhǔn)備時(shí)間。這部分時(shí)間往往被忽略，但卻影響了膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行時(shí)間效率。

1.4.2膠帶輸送機(jī)的保護(hù)裝置

受惡劣環(huán)境天氣、機(jī)械振動(dòng)以及產(chǎn)品質(zhì)量等因素的影響，膠帶輸送機(jī)的保護(hù)裝置——拉繩保護(hù)、跑偏保護(hù)、打滑保護(hù)、撕裂保護(hù)、堵煤保護(hù)、煙霧報(bào)警容易發(fā)生誤動(dòng)作或誤報(bào)警，一條膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)中保護(hù)的點(diǎn)位多達(dá)幾十甚至上百個(gè)，每一保護(hù)點(diǎn)位的誤動(dòng)作，都會(huì)使膠帶輸送機(jī)停止運(yùn)行。增加了排查故障點(diǎn)和維修的時(shí)間，進(jìn)而影響膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率。

2.提高膠帶輸送機(jī)運(yùn)行效率的意見(jiàn)及措施

2.1技術(shù)措施

2.1.1改善煤層爆破質(zhì)量

對(duì)煤層較硬位置，進(jìn)行松動(dòng)爆破，采用合理的布孔方式、裝藥參數(shù)和爆破方法，改善爆破質(zhì)量，為單斗挖掘機(jī)作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，減少大塊率，提高單斗挖掘機(jī)和破碎機(jī)的工作效率，同時(shí)，減少斗齒斷裂誤入破碎機(jī)引起設(shè)備故障率[1]。

2.1.2嚴(yán)格論證初始設(shè)計(jì)

根據(jù)露天礦生產(chǎn)的實(shí)際情況，科學(xué)合理設(shè)計(jì)膠帶輸送機(jī)的布置線路、數(shù)量、水平角度、帶寬及帶速。選取最優(yōu)方案，從設(shè)計(jì)初期進(jìn)行源頭把控，避免二次設(shè)計(jì)改造，造成重復(fù)投資和資金浪費(fèi)。

2.1.3優(yōu)化控制程序

在控制程序上，對(duì)整體工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短系統(tǒng)啟機(jī)時(shí)間?？梢詮囊韵氯矫孢M(jìn)行優(yōu)化：一是在不影響安全的情況下，縮短聲光報(bào)警時(shí)間，將原有20s更改為10s，在現(xiàn)場(chǎng)檢查準(zhǔn)備的同時(shí)，發(fā)出語(yǔ)言安全提示，告知啟機(jī)時(shí)間;二是縮短調(diào)速型液力耦合器和變頻器的啟動(dòng)時(shí)間，原調(diào)速型液力耦合器的啟動(dòng)時(shí)間約為50s，變頻器的啟動(dòng)時(shí)間約為140s，在不對(duì)膠帶及電機(jī)產(chǎn)生沖擊的情況下，可將調(diào)速型液力耦合器的啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置為30-40s，變頻器啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置為70s。三是更改膠帶輸送機(jī)順序啟動(dòng)的啟動(dòng)條件，原設(shè)計(jì)為上一級(jí)膠帶輸送機(jī)達(dá)到滿速后，下一級(jí)膠帶輸送機(jī)才能依次啟動(dòng)。現(xiàn)可將滿速條件在系統(tǒng)程序更改為上級(jí)膠帶機(jī)的運(yùn)行信號(hào)加定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制，當(dāng)PLC檢測(cè)到下級(jí)膠帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)后，啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器，可定時(shí)5-10s作為啟動(dòng)依次啟動(dòng)下一級(jí)膠帶機(jī)的條件，縮短膠帶與膠帶之間的啟動(dòng)時(shí)間。四是對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警的保護(hù)裝置進(jìn)行更換、程序解鎖、修改程序，例如，某一位置打滑開(kāi)關(guān)或跑偏開(kāi)關(guān)過(guò)于靈敏，可在PLC程序中將此常開(kāi)點(diǎn)后面加一個(gè)定時(shí)器，設(shè)置1-2s的延時(shí)，當(dāng)此點(diǎn)由常開(kāi)變成常閉且時(shí)間超過(guò)1-2s，即可判斷為保護(hù)正常，膠帶機(jī)停機(jī)。如果此點(diǎn)由常開(kāi)變成常閉且時(shí)間小于設(shè)定的時(shí)間，則認(rèn)為是誤動(dòng)作，膠帶機(jī)正常運(yùn)行。通過(guò)以上技術(shù)措施，單條膠帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)間預(yù)計(jì)可縮短25%左右，多條膠帶機(jī)系統(tǒng)啟機(jī)時(shí)間預(yù)計(jì)可縮短30%以上。

2.1.4掌握核心技術(shù)

掌握核心技術(shù)，降低膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)方所有自動(dòng)化程序軟件須全部向用戶開(kāi)放，程序附加注釋?zhuān)阌谑褂梅竭M(jìn)行技術(shù)改進(jìn)或系統(tǒng)改擴(kuò)建。使用方技術(shù)人員不僅要會(huì)操作設(shè)備，而且要熟悉地面集中控制系統(tǒng)的工作原理，編程方法，掌握每一條控制程序設(shè)計(jì)的功能。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障能迅速排查故障，消除故障。防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，不能及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)方的工程師，給企業(yè)安全平穩(wěn)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2管理措施

提高企業(yè)的組織管理和設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)水平，可以顯著提高膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率，加強(qiáng)膠帶輸送機(jī)的計(jì)劃維修和日常維修，減少膠帶輸送機(jī)的故障率。加強(qiáng)露天礦現(xiàn)場(chǎng)的鐵器管理，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)，減少鐵器入破次數(shù)。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)膠帶輸送機(jī)上游單斗挖掘機(jī)和卡車(chē)的出動(dòng)率，使之與膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)能力相匹配。加強(qiáng)培訓(xùn)指導(dǎo)，使操作技術(shù)人員從要我學(xué)習(xí)，向我要學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，不僅要會(huì)操作設(shè)備，還要掌握設(shè)備的原理、構(gòu)造、工藝以及設(shè)計(jì)方法等，總結(jié)設(shè)備的不足，從而不斷改進(jìn)設(shè)備的性能和工藝，提高膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率。

2.3合同措施

編制科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)協(xié)議與合同，從設(shè)計(jì)的結(jié)果出發(fā)，充分考慮膠帶輸送機(jī)設(shè)備的選型、布置、控制方式、維護(hù)保養(yǎng)、后期服務(wù)技術(shù)支持等多方面因素，同時(shí)，采用性能和技術(shù)較好的產(chǎn)品，在技術(shù)上使膠帶輸送機(jī)滿足生產(chǎn)的需要，在經(jīng)濟(jì)上使膠帶輸送機(jī)的建設(shè)成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本在可控區(qū)間。

3.結(jié)論

膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率影響礦山的生產(chǎn)能力和礦山的經(jīng)濟(jì)效益，分析影響膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的因素并總結(jié)提高膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)效率的方法具有的重要意義。

影響膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)效率的因素主要有氣候、原煤物理特性、設(shè)計(jì)因素、生產(chǎn)工藝、企業(yè)組織管理水平、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等。

提高膠帶機(jī)的輸送生產(chǎn)效率，必須優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高企業(yè)的組織管理與設(shè)備維修保養(yǎng)水平，提高操作人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金磊.露天礦單斗挖掘機(jī)生產(chǎn)能力因素分析[J].神華科技，2014，1（12）：42-44.

作者簡(jiǎn)介：裴世友（1959—）畢業(yè)于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)機(jī)械系，高級(jí)工程師，現(xiàn)供職于神華寶日希勒能源有限公司，任機(jī)電管理部經(jīng)理，主要從事機(jī)電管理工作。