劉文英

（秦皇島港股份有限公司，河北 秦皇島 066002）

港口輸煤皮帶機(jī)除鐵器節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用

劉文英

（秦皇島港股份有限公司，河北 秦皇島 066002）

港口輸煤皮帶機(jī)在輸送煤料過程中，煤料中的金屬雜質(zhì)易造成皮帶劃傷導(dǎo)致撕裂整條皮帶，且有可能損壞下一級(jí)的關(guān)聯(lián)設(shè)備，給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。為避免金屬雜質(zhì)帶來的損失，在輸煤皮帶機(jī)的皮帶上方安裝除鐵器，用于除去金屬雜質(zhì)，但其耗量較大，增加生產(chǎn)成本。為此，根據(jù)除鐵器的運(yùn)行方式，在保持原有檢測精度的基礎(chǔ)上，利用金屬檢測、信號(hào)處理等技術(shù)，研究實(shí)現(xiàn)清理金屬雜物又能大幅度降低電能的消耗、保證安全生產(chǎn)、延長設(shè)備使用壽命的節(jié)能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到60%以上，對(duì)在相關(guān)設(shè)備上推廣節(jié)能新技術(shù)起到了重要的示范作用。

港口；皮帶機(jī)；除鐵器；節(jié)能技術(shù)

0 引言

港口煤炭碼頭輸煤皮帶機(jī)在運(yùn)送煤料過程中，煤料中的各種雜質(zhì)（如雷管、大鐵塊、鐵棍等）極易將皮帶劃傷甚至撕裂，還會(huì)影響到下一級(jí)的關(guān)聯(lián)設(shè)備，對(duì)正常生產(chǎn)造成很大影響，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。秦皇島港的煤炭主要是運(yùn)往南方電廠，電廠對(duì)電力燃煤去除鐵屑等雜質(zhì)提出了很高的要求，若對(duì)入爐煤中鐵磁性金屬的檢測精度不夠，將會(huì)大大提高碎煤機(jī)、磨煤機(jī)等設(shè)備的故障率，因此，煤炭從港口卸車到裝船之前需要進(jìn)行多次除鐵、揀雜，確保沒有金屬、雷管等雜物上船。

為避免金屬雜質(zhì)等帶來的損失，秦皇島港各主要煤炭公司在煤炭裝卸過程中在皮帶上方共安裝了44臺(tái)電磁除鐵器，把混在煤炭中的鐵磁性雜質(zhì)清除[1]，這些電磁除鐵器投入運(yùn)行更加有利于解決煤炭產(chǎn)品中分離鐵磁性雜質(zhì)的難題。但是煤炭中的鐵磁性雜質(zhì)并不是每時(shí)每刻都有，而是隨機(jī)出現(xiàn)的。由于目前采用的除鐵器都是高功率的用電設(shè)備，皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行期間一直保持接通，因此會(huì)消耗大量的電能，增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本。為了降低裝卸生產(chǎn)單耗，通過研究金屬檢測、信號(hào)處理等技術(shù)，使除鐵器由原來的連續(xù)運(yùn)行模式改變?yōu)殚g歇式運(yùn)行模式，使其實(shí)現(xiàn)清除鐵磁性雜質(zhì)又能大幅度降低電能的消耗，保證生產(chǎn)安全，延長設(shè)備使用壽命[1-2]。

1 技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)

1.1 工作原理

金屬探測儀工作原理為非接觸式電磁場檢測方式（圖1），傳感器為一個(gè)電感線圈，形狀為封閉環(huán)型。線圈兩端加上高頻電流后，產(chǎn)生磁場。當(dāng)被探測的導(dǎo)磁金屬通過線圈時(shí)，切割磁場產(chǎn)生渦流，使電感線圈兩端的電壓下降，以此來檢測出金屬雜質(zhì)[3]，其安裝位置如圖2。

圖1 金屬探測儀原理方框圖Fig.1 Metal detector principle diagram

圖2 帶式除鐵器與金屬探測器安裝位置Fig 2 Installation location of the belt type separator and metal detector

1.2 工藝流程設(shè)計(jì)

在除鐵器前部安裝金屬檢測設(shè)備，當(dāng)金屬探測儀檢測到有金屬存在時(shí)，會(huì)發(fā)出檢測信號(hào)，然后控制器檢測除鐵器啟停狀態(tài)。當(dāng)除鐵器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保持除鐵器繼續(xù)運(yùn)行，根據(jù)除鐵器和金屬探測儀之間的距離，以及皮帶的輸送速度，延時(shí)時(shí)間t3，如沒有再次發(fā)現(xiàn)金屬，除鐵器停止工作；如又再次發(fā)現(xiàn)有金屬出現(xiàn)則繼續(xù)運(yùn)行，完成下一次的除鐵任務(wù)。當(dāng)除鐵器處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，根據(jù)除鐵器和金屬探測儀之間的距離，以及皮帶的輸送速度，再結(jié)合帶式除鐵器從啟動(dòng)到達(dá)到最佳工作狀態(tài)的時(shí)間，使帶式除鐵器延時(shí)時(shí)間t1啟動(dòng)，在除去金屬雜質(zhì)后，再延時(shí)時(shí)間t2，如沒有再次發(fā)現(xiàn)金屬后，帶式除鐵器停止工作；如又再次發(fā)現(xiàn)有金屬出現(xiàn)則繼續(xù)運(yùn)行，完成下一次的除鐵任務(wù)[4]。檢測工藝流程如圖3。

圖3 控制工藝流程圖Fig.3 Control process flow diagram

2 需求分析與控制系統(tǒng)研發(fā)

以秦皇島港九公司T15轉(zhuǎn)接塔的除鐵器系統(tǒng)為試點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能新技術(shù)改造，其實(shí)際使用工況：輸煤皮帶機(jī)的皮帶（寬度2 m，槽角角度40°，底部寬度750 mm），皮帶內(nèi)部彈簧鋼絲約為159根、直徑5.5 mm、間距50 mm，接頭部分300根，皮帶托輥為鐵輥（間距1 m，密集部分500 mm）；皮帶高度（含物料）550 mm，皮帶輸煤速度為5.5 m/s，用于支撐皮帶的金屬支架的間距為1 m。改造后的除鐵的精度不低于除鐵器能夠除去的最小金屬雜質(zhì)直徑，即清除鐵件的最大重量為30 kg（相當(dāng)于直徑200 mm的鐵球），最小重量為0.1 kg（相當(dāng)于直徑30 mm的鐵球）。

控制系統(tǒng)改造主要完成現(xiàn)場信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)處理、除鐵器啟?？刂?、系統(tǒng)狀態(tài)指示、故障診斷等功能。根據(jù)現(xiàn)場要求，控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC和金屬探測儀組成。圖4為電氣控制系統(tǒng)示意圖。

圖4 電氣控制系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of electrical control system

為了提高除鐵器去除鐵磁性雜質(zhì)的可靠性，對(duì)除鐵器采用預(yù)控模式。即當(dāng)鐵磁性雜質(zhì)穿過金屬探測儀檢測線圈時(shí)，金屬探測儀輸出檢測信號(hào)至PLC，PLC內(nèi)部做出邏輯判斷后發(fā)出控制指令，控制大功率電力切換元件動(dòng)作，使除鐵器的供電回路接通。由于除鐵器和金屬探測儀之間的距離、輸煤機(jī)皮帶的輸送速度、電磁鐵磁場建立至最強(qiáng)的時(shí)間均為固定值，故可以計(jì)算出除鐵器電磁鐵延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間t1，定時(shí)t2完成后電磁鐵啟動(dòng)。

當(dāng)磁場建立至最強(qiáng)時(shí)，鐵磁性雜質(zhì)隨輸煤機(jī)皮帶移動(dòng)至電磁鐵正下方，電磁鐵將其吸起后再延長時(shí)間t2后結(jié)束勵(lì)磁。如未再次發(fā)現(xiàn)鐵磁性雜質(zhì)，除鐵器停止工作。

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將系統(tǒng)的工作方式分為非節(jié)能方式和節(jié)能方式，兩種方式能夠通過選擇開關(guān)進(jìn)行選擇。非節(jié)能方式是指除鐵器在輸煤皮帶運(yùn)行期間一直保持接通狀態(tài)，主要應(yīng)用在節(jié)能方式出現(xiàn)問題的時(shí)候；節(jié)能工作方式是通過金屬探測儀與除鐵器聯(lián)動(dòng)的間歇式工作方式。當(dāng)系統(tǒng)工作在節(jié)能方式下出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)檢測并給出故障信號(hào)，PLC控制器收到故障信號(hào)后將自動(dòng)切換到原系統(tǒng)，避免了設(shè)備的誤動(dòng)作和金屬雜質(zhì)的漏除，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

對(duì)于除鐵器的電源采用的是大功率高性能電源模塊，為除鐵器提供高質(zhì)量的電源，同時(shí)避免除鐵器的啟停對(duì)電網(wǎng)的影響。

人機(jī)交互系統(tǒng)完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集、記錄、參數(shù)設(shè)定和報(bào)警指示功能，其中觸摸屏和PLC是通過MPI通訊，軟件采用WinCC flexible軟件設(shè)計(jì)。

3 安裝環(huán)境要求

距離金屬探測儀傳感器50 m范圍內(nèi)不能有變頻器、電磁閥、電焊機(jī)，1 m范圍內(nèi)不能有抖動(dòng)金屬件。傳感器距離托輥應(yīng)大于0.5 m。上、下托輥偏心度要求小于1 mm。調(diào)整傳感器地腳與皮帶架位置，基礎(chǔ)振動(dòng)幅度應(yīng)小于0.5 mm。若皮帶機(jī)架振動(dòng)幅度過大，應(yīng)單獨(dú)做地基，使振動(dòng)減小到最低狀態(tài)。

4 性能分析

影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的干擾因素主要分為外部干擾和內(nèi)部干擾。九公司T15轉(zhuǎn)接塔的除鐵器外部干擾包括機(jī)車通過、周圍皮帶運(yùn)行等，而內(nèi)部干擾包括BF6輸煤皮帶啟停、運(yùn)行和除鐵器啟停等。分類測試結(jié)果見表1。對(duì)于內(nèi)部干擾，BF6生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)，輸煤皮帶運(yùn)行和啟停、除鐵器啟停均無干擾。

表1 外部干擾測試結(jié)果Table 1 External interference test results

由此可以看出來，系統(tǒng)內(nèi)部本身對(duì)測試結(jié)果沒有影響，主要是BF6和BF7皮帶經(jīng)過的機(jī)車造成干擾，因此以下針對(duì)這個(gè)因素進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 BF6與BF7一起運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 BF6 and BF7 runtime statistics

當(dāng)確認(rèn)了線路連接正確無誤，其他設(shè)備能夠正常工作后，將新系統(tǒng)投入運(yùn)行一段時(shí)間，并通過人機(jī)界面顯示記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，見表3。

表3 新系統(tǒng)投入后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Data statistics after the new system input

除鐵器通電時(shí)間：T′=n·t

式中：n為信號(hào)數(shù)；t為電磁鐵每次除鐵通電時(shí)間（取 9 s）。

式中：T為輸煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間。

由表3數(shù)據(jù)分析可以看出在新系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，電磁鐵間歇性運(yùn)行，通電總時(shí)間明顯減少。由于原系統(tǒng)在皮帶運(yùn)行期間一直保持電磁鐵通電，因此新系統(tǒng)達(dá)到了節(jié)能的目的。通過8個(gè)不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)分析記錄，計(jì)算出了節(jié)能率，其平均值約為68.13%。

5 效益分析

實(shí)施改造后采用的除鐵器節(jié)能運(yùn)行方式，減少了除鐵器的無用功，降低損耗，從而在減低能耗的同時(shí)又有效地延長除鐵器使用壽命，為企業(yè)節(jié)約了后續(xù)運(yùn)行成本，既保證原有系統(tǒng)除鐵能力，又克服改造前高耗能的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到60%以上，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)在相關(guān)設(shè)備上推廣節(jié)能新技術(shù)起到了重要的示范作用。

[1]周大峰.電磁除鐵器對(duì)提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的作用[J].煤炭加工與綜合利用，2003（4）：48-50.ZHOU Da-feng.The function of an electromagnetic tramp-iron remover on quality of coal products[J].Coal Processing and ComprehensiveUtilization，2003(4):48-50.

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Application of new energy-saving technology about the iron remover of port coal conveying belt conveyor

LIU Wen-ying
（Qinhuangdao Port Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066002,China）

Port coal conveying belt conveyor in the conveying process of coal,the metal impurities in the coal easily lead to tear the whole belt,and may damage the next level of the devices,which brings huge economic losses for company.In order to avoid the lose cause by the metal impurity,we installed iron remover above the belt for removing metal impurities,but it will increase the cost of production and consumption.According to the function of the iron remover,using the metal detection,signal processing technology,basing on keeping the original precision,realizing the cleaning of metal impurities and greatly reducing the consumption of electricity.This controlling system ensures the safety of production and prolongs the life of the device,it will saving 60%energy or more,and playing an important role in the energy-saving technology of related devices.

port;belt conveyor;iron remover;energy-saving technology

U653.93

B

2095-7874（2017）10-0070-04

10.7640/zggwjs201710015

2017-01-12

劉文英（1966— ），女，河北唐山人，碩士，高級(jí)工程師，從事港口科技創(chuàng)新工作，研究方向?yàn)楦劭陔姎庾詣?dòng)化。

E-mail：liuwenying@portqhd.com