王靖宇

秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司

1 引言

斗輪取料機(jī)是散料輸送系統(tǒng)中取裝的關(guān)鍵設(shè)備，由于目前港口取料機(jī)大多由司機(jī)手動(dòng)操作，作業(yè)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因取料量過大而超過設(shè)備設(shè)計(jì)能力的過載現(xiàn)象，會(huì)造成設(shè)備損傷、大臂自降、物料轉(zhuǎn)接點(diǎn)的堵塞、皮帶機(jī)跑偏、沿線物料灑落等嚴(yán)重問題。取料量受走行進(jìn)車、回轉(zhuǎn)速度、垛形、塌垛等諸多方面影響，尤其在配煤作業(yè)時(shí)，兩取料機(jī)流量匯聚下游皮帶，很容易造成量大過載。但剛性限制流量又會(huì)造成平均流量過低而降低生產(chǎn)效率，不利于節(jié)能降耗。為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了取料機(jī)防過載自動(dòng)控制方法，大幅減少了過載與相關(guān)故障發(fā)生頻次，該方法主要內(nèi)容可以概括為3個(gè)方面：第一，研究確定瞬時(shí)流量、電流反饋雙閉環(huán)控制策略；第二，研究并建立多過載模式下的控制方法；第三，增加垛形掃描儀監(jiān)測控制進(jìn)車量。

2 流量和電流雙閉環(huán)控制策略

改造前取料機(jī)過載保護(hù)是通過綜保參數(shù)過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)，沒有反饋，屬于開環(huán)控制，嚴(yán)重依賴司機(jī)操作。為在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)即便是不同的人員操作，都能讓取料流量始終控制在合適的范圍內(nèi)，制定了圖1所示的閉環(huán)控制策略。

圖1 雙閉環(huán)控制策略

通過分析取料瞬時(shí)流量與回轉(zhuǎn)速度、斗輪電流趨勢關(guān)系，發(fā)現(xiàn)流量與回轉(zhuǎn)速度趨勢一致，斗輪電流受進(jìn)車及垛形影響大。所以將回轉(zhuǎn)速度確定為主控制變量，將皮帶秤瞬時(shí)流量和斗輪電流作為反饋，同時(shí)安裝垛形掃描儀監(jiān)測防止進(jìn)車過大，建立流量、電流雙閉環(huán)控制策略，通過參數(shù)設(shè)置，可以選擇過載超前或滯后控制，降低回轉(zhuǎn)速度或停止回轉(zhuǎn)防止過載發(fā)生。

3 多過載模式控制方法的建立

過載設(shè)備包含取料機(jī)單機(jī)和雙取料機(jī)配煤流程作業(yè)時(shí)的下游皮帶機(jī)，作業(yè)流程分為單取和配煤，配煤流程中又包括有比例配煤和無比例配煤[1]。由于作業(yè)流程的多樣性與過載設(shè)備的不同，將控制方法概括為多過載模式控制方法，方法通過5個(gè)部分實(shí)現(xiàn)：確定單機(jī)最大允許瞬時(shí)量；計(jì)算速度系數(shù)；斗輪運(yùn)行電流反饋控制；瞬時(shí)流量反饋控制；進(jìn)車量控制。

3.1 單機(jī)最大允許瞬時(shí)量

單機(jī)最大允許瞬時(shí)量在單機(jī)取料時(shí)以取料機(jī)設(shè)計(jì)能力6 000 t/h設(shè)定，配煤時(shí)根據(jù)配煤比例和下游皮帶機(jī)設(shè)計(jì)能力8 000 t/h進(jìn)行分配。根據(jù)配煤取料機(jī)的目標(biāo)量計(jì)算配煤比例[2]，例如1∶3比例配煤，則取料機(jī)R1設(shè)定為2 000 t/h，R2設(shè)定為6 000 t/h。無比例配煤按照0.5比例系數(shù)分配。如果按比例分配后，單機(jī)最大允許瞬時(shí)量大于6 000 t/h，則取上限6 000 t/h。為了避免小流量情況，最大允許瞬時(shí)量小于2 000 t/h時(shí)取2 000 t/h。

3.2 速度系數(shù)計(jì)算

對(duì)于配煤作業(yè)，取料機(jī)瞬時(shí)取料量會(huì)小于單取，需要修正速度系數(shù)，設(shè)定回轉(zhuǎn)速度上限。配煤作業(yè)時(shí)，將配煤比例系數(shù)乘以回轉(zhuǎn)速度理論最大值作為回轉(zhuǎn)速度上限。這樣就能防止司機(jī)誤操作引起的回轉(zhuǎn)過快、取料量過大情況出現(xiàn)，降低頻繁觸發(fā)防過載限制條件次數(shù)，保證取料的平穩(wěn)性。

3.3 運(yùn)行電流反饋控制

改變斗輪綜保的通訊方式，通過DP通訊，將斗輪電流數(shù)據(jù)引入控制系統(tǒng)，當(dāng)斗輪電機(jī)持續(xù)超過其70%的額定電流時(shí)，便認(rèn)為取料機(jī)流量超限，當(dāng)前取料機(jī)進(jìn)入減速模式，速度減低為最大值的10%，直至電流恢復(fù)正常。通過這樣的限制程序設(shè)計(jì)，可以大大降低單取流程的超載作業(yè)情況，起到保護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)的作用。

3.4 瞬時(shí)流量反饋控制

由于皮帶秤瞬時(shí)流量采集具有延時(shí)，當(dāng)監(jiān)測到過載時(shí)，需持續(xù)一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以靈活設(shè)定，如超載1 s啟動(dòng)回轉(zhuǎn)減速條件，速度降低為當(dāng)前值的60%，直至恢復(fù)至合理范圍。當(dāng)過載觸發(fā)時(shí)間過長，則停止回轉(zhuǎn)，保護(hù)設(shè)備。

3.5 進(jìn)車量控制

為解決進(jìn)車量問題[3]，通過選型比較，采用Sick的LMS511的激光掃描儀。LMS511室外型激光掃描雷達(dá)，其主要用于室外車輛輪廓掃描、港口設(shè)備定位、輪廓掃描及防撞、地圖掃描、散貨體積測量、無人車導(dǎo)航、安防追蹤及區(qū)域防護(hù)等。通過現(xiàn)場的實(shí)際調(diào)研，為防止該傳感器被煤垛刮掉、被中水腐蝕，盡量減少現(xiàn)場惡劣條件對(duì)于傳感器傷害，將傳感器安裝到司機(jī)室下方及對(duì)稱位置。通過傳感器自帶軟件可以看到現(xiàn)場掃描情況，圖2中曲線為掃描到的煤垛形狀。通過LMS511自帶的數(shù)據(jù)線，將垛距實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺×蠙C(jī)PLC內(nèi)，保證取料機(jī)進(jìn)車量不會(huì)深入煤垛過大。

圖2 現(xiàn)場掃描情況

4 應(yīng)用效果

通過以上技術(shù)方案的逐一落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了取裝作業(yè)流程中單取作業(yè)和雙取配煤作業(yè)防過載的自動(dòng)控制。自2019年三季度起運(yùn)用該控制方式后，再次統(tǒng)計(jì)取裝流程中下游皮帶過載的次數(shù)和設(shè)備高壓跳閘的次數(shù)，兩項(xiàng)指標(biāo)同比均大幅降低(見圖3、圖4)。

圖3 超載次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖4 高壓跳閘次數(shù)統(tǒng)計(jì)

隨機(jī)抽取取料機(jī)和下游皮帶機(jī)皮帶秤的瞬時(shí)流量曲線。取料機(jī)瞬時(shí)流量基本保持在6 000 t/h以下，超越時(shí)馬上被修正恢復(fù)到正常范圍內(nèi)(見圖5)。下游皮帶機(jī)瞬時(shí)流量基本上保持在4 000～8 000 t/h這一合理范圍內(nèi)，流量分布均勻，大于8 000 t/h和小于2 000 t/h的情況很少出現(xiàn)(見圖6)。由此看出，取裝作業(yè)流量防過載自動(dòng)控制方法有效地減少了過載發(fā)生次數(shù)，降低了超載對(duì)設(shè)備帶來的傷害，達(dá)到了自動(dòng)控制的目標(biāo)。

圖5 取料機(jī)皮帶秤瞬時(shí)流量曲線

圖6 下游BM皮帶機(jī)皮帶秤瞬時(shí)流量曲線

本項(xiàng)改造每年可減少超載引起重載停機(jī)20余次，節(jié)約電能超過8 000 kWh。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，2019年度取裝平均流量為3 827.57 t/h，改造后的2020年取裝平均流量為3 872.34 t/h，對(duì)比2019年下降了1.16%，年均節(jié)約電能約33萬kWh，節(jié)約電費(fèi)約256 880元。同時(shí)減少因皮帶磨損需更換的皮帶約1 200 m，節(jié)約備件成本125萬元，同時(shí)年均降低取裝故障時(shí)長約10 h，增加效益為580 800元。

5 結(jié)語

通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究，解決了取裝作業(yè)流程頻發(fā)流量過載及相關(guān)故障的一系列問題，實(shí)現(xiàn)了防過載自動(dòng)控制，達(dá)到了精細(xì)化、自動(dòng)化的配煤要求。該項(xiàng)目已推廣應(yīng)用至煤五期所有的取裝作業(yè)流程中，經(jīng)濟(jì)效益明顯。若將此方案推廣至干散貨港口設(shè)備中，不但能降低設(shè)備故障率，還可提高設(shè)備的利用率，延長設(shè)備的使用壽命，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少堵斗、沿線灑落的發(fā)生，在保證貨主利益的同時(shí)，也提高港口效益。