宋英麟，孫 魯，張樹元

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

在煤焦鋼產業(yè)鏈上，圍繞煉焦煤使用，有兩對矛盾已非常突出。第一對矛盾是環(huán)保要求趨嚴和國內優(yōu)質煉焦煤的硫份含量走高，第二對矛盾是依賴性和稀缺性的矛盾。以前鋼鐵工業(yè)布局的思路是：內地控制、沿江適度、沿海放開[1-2]?，F(xiàn)在，在供給側改革的大背景下，內地小型鋼鐵企業(yè)大量拆除，新的長江三公里經濟帶的理念是要把工業(yè)逐步退出，大型鋼鐵企業(yè)、大型煉鐵高爐在沿海布局的數(shù)量在增加，速度在加快，對優(yōu)質煉焦煤的依賴度在逐步提升。同時，優(yōu)質煉焦煤在本來很有限的基礎上更加稀缺。這兩對矛盾的四個要素，客觀存在，持續(xù)顯現(xiàn)，已經影響到了煤焦鋼產業(yè)鏈的平穩(wěn)運行，需通過在沿海港口新建配煤基地適度緩減[3-5]。

1 配煤基地項目概述

本文以山西焦煤煤焦銷售有限公司日照配煤基地項目為依托，該工程為國內首個沿海港口焦煤儲配煤基地項目。項目滿足國家環(huán)保政策的要求，符合國家在沿海布局鋼鐵企業(yè)的整體規(guī)劃，抓住了國家鐵路增量和日照港東煤南移的良機，對稀缺資源有積極的保護作用，有利于煤焦鋼產業(yè)鏈的平穩(wěn)運行，促進煤、港、鋼的深度融合[6-8]。

本項目圍繞實施單一煤種精確混配作業(yè)進行設計，焦煤配煤產品主要定位為中低硫焦肥煤為主。工藝系統(tǒng)要求配煤精準、質量穩(wěn)定，配置新產品的精確度質量不低于煉焦廠內配煤精確度，可以滿足啟用全新產品標識進入市場的需要。其裝卸及配煤工藝系統(tǒng)由鐵路卸車系統(tǒng)、碼頭卸船系統(tǒng)、碼頭裝船系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)、配前煤及配后煤堆場堆存系統(tǒng)和成品煤炭全分析系統(tǒng)組成。其中鐵路卸車系統(tǒng)、碼頭裝船系統(tǒng)利用日照港東煤南移工程設施；碼頭卸船系統(tǒng)利用14#-15#泊位卸船設施；配前煤堆場堆存系統(tǒng)利用日照港東煤南移工程設施。裝卸及配煤工藝系統(tǒng)設計與日照港東煤南移工程的鐵路卸車堆存系統(tǒng)、船舶裝卸系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)相協(xié)調。其裝卸及配煤工藝設計滿足了項目要求的3個重要功能，即煉焦煤配制功能（生產系列化標準產品，同時滿足個性化定制，達到用戶最終原料煤要求，系統(tǒng)按年配煤量1 000萬t進行設計）、成品煤堆存功能以及成品煤質檢分析功能。

本項目焦煤配煤采用配煤筒倉方式。根據(jù)配煤采用的品種數(shù)量及比例的需求，設配煤倉共6座，每座筒倉容量5 000 t，排成一列。按照每批次配煤總量要求，各規(guī)格原料焦煤分別裝入配煤筒倉，根據(jù)焦煤配煤比例同時出倉，落料至筒倉下面的稱量皮帶機，根據(jù)稱量皮帶機流量的實時反饋，調整給料機的出料速度，單種焦煤通過稱量皮帶落下匯集到主系統(tǒng)帶式輸送機上，配合好的混煤在帶式輸送機多次轉接過程和堆入堆場過程中實現(xiàn)混合均勻。每批次配煤每個筒倉所存儲原料煤一般不同，則需要將上一批次配煤后剩余原料煤排出，以確保下一批次配煤的精度。每次配煤結束后，分別將若干座筒倉內的剩余原料煤排出，并暫分垛堆在成品煤堆場內，然后采用單斗裝載機配合自卸汽車將剩余煤炭轉運至現(xiàn)有日照港東煤南移工程堆場堆存。

2 港口自動化配煤控制系統(tǒng)

自動化配煤控制系統(tǒng)由PLC、控制系統(tǒng)服務器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、監(jiān)控工作站及數(shù)據(jù)庫軟件和配煤系統(tǒng)軟件組成，實現(xiàn)不同煤質經數(shù)字化配煤系統(tǒng)運行后而達到性價比最優(yōu)的配置。根據(jù)工藝流程控制要求，本系統(tǒng)主要完成原料焦煤進倉配煤流程、堆場自動堆取料流程、成品焦煤出堆場裝船流程及與依托項目的流程連鎖控制等內容的設計。

2.1 原料焦煤進倉配煤流程

原料焦煤進倉配煤流程，通過日照港東煤南移工程的堆場帶式輸送機或翻車線帶式輸送機經轉接機房接至帶式輸送機，再經轉接機房轉接至筒倉倉頂帶式輸送機由倉頂卸料小車按每批次配煤總量要求，不同規(guī)格原料煤分別卸入配煤筒倉，控制系統(tǒng)按工藝流程設定的配煤裝倉量完成原料煤進筒倉流程作業(yè)。卸料小車可實現(xiàn)遠程無人操作?？刂剖彝ㄟ^無線、有線以太網(wǎng)通訊及硬線連鎖與卸料小車控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊和信號傳輸。卸料小車走行定位采用APON、編碼器、位置限位開關等多種定位方式，實現(xiàn)對卸料小車的精確定位控制。

筒倉出料為4 個出料口，分別配置4 臺雙調節(jié)給料系統(tǒng)，兩個出料口對應一條倉底皮帶機，每個筒倉下布置兩臺皮帶機，每臺給料系統(tǒng)配置一臺高精度皮帶秤。為了保證計量的精度和可靠性，配料系統(tǒng)使用雙通道電子配料秤。前后兩個稱重單元（通道）相互檢測，可及時超差報警，故障時切換至任一通道仍能正常工作；稱重傳感器選用精度為0.02 級的高精度、高穩(wěn)定性稱重傳感器，并帶有傳感器過載保護裝置。

中央控制室依據(jù)系統(tǒng)設定的筒倉配煤方案及焦煤配制比例要求，自動控制各倉底配煤給料機的出料速度(出倉給定量)，保證筒倉出料量按配比要求精準出料。筒倉出料過程中，當有筒倉出料量大于或小于設定出料量時，控制系統(tǒng)通過倉底高精度皮帶秤的實時稱量信號反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋自動調整給料機的給定頻率和下料板角度的調節(jié)，使物料在非結堵狀態(tài)下達到按要求隨意調整出料力，保證給料機能實現(xiàn)最佳的出料量控制。實現(xiàn)倉底出料的實時閉環(huán)控制，保證配煤量的精準控制。按流程控制要求筒倉原料煤出倉落料至筒倉下部的稱量皮帶機，筒倉單種煤通過稱量皮帶落下匯集到主系統(tǒng)倉底帶式輸送機上，通過轉接機房轉接后進入成品堆場，完成原料煤進倉配煤流程作業(yè)(集港流程)。

配煤流程中在進倉線帶式輸送機設置進倉采制樣裝置，在出倉線帶式輸送機設置出倉采制樣裝置。兩套采制樣裝置分別對進倉、出倉原料煤進行在線實時采樣。采制樣系統(tǒng)與進倉配煤流程系統(tǒng)連鎖控制。

圖1 筒倉配煤控制系統(tǒng)結構框圖

由于煤具有自熱自燃的特點，加上筒倉在工藝設計上的特點，使得筒倉儲煤也存在著很大的安全隱患。筒倉靠近側壁的位置容易造成煤的堆積造成死角，此處的積煤長期與空氣接觸后會產生自燃。自燃產生的熱量會直接作用在筒倉側壁，使得側壁的強度降低，造成極大的安全隱患。為避免此種發(fā)生此種隱患，本項目設置一套筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)，筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測設備、監(jiān)測系統(tǒng)及聯(lián)鎖控制設備等部分組成。每個筒倉現(xiàn)場設有雷達料位計、高低料位計、筒倉儲煤溫度檢測和倉內可燃及有毒氣體(CO 及CH4 等)檢測器等檢測設備和檢測儀表。本工程在倉頂房內設置獨立的筒倉安全監(jiān)測站全面監(jiān)測筒倉狀態(tài)，保證筒倉儲煤安全。

配煤流程完成后，筒倉剩余原料煤排出至成品煤堆場，然后采用單斗裝載機配合自卸汽車將剩余煤炭轉運至原來的日照港東煤南移工程堆場堆存。

2.2 堆場自動堆取料流程

長期以來，國內堆、取料機都是由人工進行操作。在生產作業(yè)中，受限于人工操作水平限制，生產作業(yè)效率較低，而且作業(yè)過程中勞動強度高、工作環(huán)境差，人員成本較高。針對這一問題，本項目火車卸船、堆場堆存、碼頭裝卸船作業(yè)所依托的日照港東煤南移工程已按照堆場堆、取料系統(tǒng)生產作業(yè)全自動化設計實施。本項目成品煤堆場堆、取料系統(tǒng)生產作業(yè)按照全自動化進行設計。

本項目堆場配置1 臺堆料機、1 臺取料機，大機上實現(xiàn)遠程自動化控制后，可使項目投產后能大大提升生產作業(yè)穩(wěn)定性，改善工作人員作業(yè)環(huán)境，提能增效，降低生產安全風險，保持建成后的煤碼頭在整體自動化作業(yè)管理水平具有國內先進水平。

本項目利用現(xiàn)代通訊技術，采用有線與無線通信結合的方式，建立中控與地面大機設備之間的網(wǎng)絡鏈路，完成中控室與現(xiàn)場大型設備之間的數(shù)據(jù)交換信息共享，實現(xiàn)PLC 控制指令的下發(fā)等功能。堆/取料機通過在斗輪左右兩側安裝激光掃描裝置的方式獲取堆場料堆點云數(shù)據(jù)，通過通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到中控無人化圖像服務器中,并通過中控室處理器運算處理后建立三維堆場模型，實現(xiàn)料堆的三維成像。堆場自動化系統(tǒng)依靠準確的三維模型數(shù)據(jù)，計算出料堆作業(yè)切入點，控制堆取料機進行作業(yè)。

自動堆料作業(yè)時，堆料機收到中控下達的自動堆料命令，機上PLC 控制堆料機自動完成作業(yè)定位并自動進行堆料作業(yè)。自動取料作業(yè)前，操作人員需手動駕駛取料機對料堆進行表面的測距數(shù)據(jù)采集，完成料堆三維模型數(shù)據(jù)更新。自動取料作業(yè)時，取料機收到中控下達的自動取料指令，機上PLC 控制取料機自動完成作業(yè)定位并自動進行取料作業(yè)。系統(tǒng)還具有取料流量的恒定控制功能，通過實時采集取料驅動電機的電流，利用電流與流量間的關系控制堆取料機的機構動作速度，達到控制取料流量的目的。此外，為防止大型堆取料設備作業(yè)時發(fā)生碰撞，在大機懸臂兩側安裝防碰撞激光掃描裝置，激光掃描裝置的控制信號直接傳入本地PLC。本項目在中控室中設置遠程操作手柄，操作人員通過手柄可遠程直接操作堆、取料車的動作。

2.3 成品煤裝船流程

中控室根據(jù)裝船計劃制定裝船流程，成品煤堆場已配好的原料煤經堆場取料機取料至BD1 帶式輸送機，通過TP2 轉接機房轉接至BJ6 帶式輸送機，在TP1 轉接機房經3 工位伸縮頭根據(jù)已設定的流程分配至裝船線2-1、2-2、2-4 帶式輸送機，經JF1轉接機房分別轉接至碼頭1-1、1-2、1-3 帶式輸送機后通過SL1、SL2、SL3 裝船機完成成品煤裝船流程作業(yè)。流程中帶式輸送機2-4、1-3、SL3 裝船機的裝船流程為預留流程。

圖2 配煤基地項目工藝流程圖

2.4 項目的連鎖控制

1)配煤流程與東煤南移帶式輸送機的連鎖控制

按照配煤作業(yè)流程計劃，配煤流程設備按逆料流設備啟動，流程啟動完成后輸出流程啟動備妥信號給東煤南移控制系統(tǒng)，東煤南移帶式輸送機啟動，并按工藝流程逆料流啟動相應工藝設備，配煤流程開始作業(yè)。

配煤流程結束時，控制系統(tǒng)發(fā)出流程結束信號，東煤南移控制系統(tǒng)按流程控制要求順料流停止流程工藝設備及帶式輸送機，并發(fā)出帶式輸送機停機信號，此時，配煤流程工藝設備按順料流方向順序停止設備。

2)配煤流程與東煤南移裝船系統(tǒng)連鎖控制

按照配煤作業(yè)裝船流程計劃，根據(jù)裝船計劃按逆料流啟動裝船線工藝設備，待配煤裝船流程的下游裝船機、帶式輸送機2-1 或2-2(2-4 預留)啟動后，配煤控制系統(tǒng)接收到東煤南移工藝系統(tǒng)下游帶式輸送機的啟動備妥信號后開始啟動配煤裝船流程工藝設備，設備啟動前設于BJ1 轉接機房的3 工位伸縮頭需運行至所選裝船流程帶式輸送機的位置。配煤裝船流程逆煤流啟動，流程設備BJ6、BQ1 帶式輸送機、取料機順序啟動，此時，完成配煤裝船流程作業(yè)。

配煤裝船流程運行結束時，配煤控制系統(tǒng)發(fā)出裝船流程結束指令給東煤南移控制系統(tǒng)，配煤裝船流程設備待排清帶式輸送機的物料后，順料流方向停止取料機的取料作業(yè)、順序停止BQ1 帶式輸送機、BJ6 帶式輸送機。同時給東煤南移控制系統(tǒng)發(fā)出BJ6 帶式輸送機停止運行信號(或裝船流程設備停止運行信號)后，裝船線2-1 或2-2(2-4 預留)、1-2或1-1(1-3 預留)帶式輸送機、SL2 或SL1(SL3 預留)裝船機等設備順序停止，裝船流程作業(yè)結束。

3 結語

港口自動化配煤控制系統(tǒng)的應用將顯著提升港口儲配煤基地運營的自動化水平，提升港口作業(yè)效率，改善操作人員的工作環(huán)境，降低員工勞動強度，減少運營人力成本，進一步促進港口儲配煤基地向智能、精細、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。本工程自動化配煤控制系統(tǒng)的應用為后續(xù)相似工程提供了可行經驗。