馮云飛 沈鑫

摘要：內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司破碎系統(tǒng)采用典型的三段一閉路系統(tǒng)，在細(xì)碎給礦、篩分給礦、成品礦倉部分均需要布料小車進(jìn)行布料，布料小車在生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用。針對布料小車人工操作工作強(qiáng)度大、現(xiàn)場環(huán)境差等問題，對布料小車進(jìn)行了軟硬件改造和完善，通過給布料小車加設(shè)激光紅外測距儀、先進(jìn)料位計(jì)等，獲取小車運(yùn)行距離、料倉料位高度等參數(shù)，并編寫基于PLC控制的自動控制程序，實(shí)時呈現(xiàn)控制畫面，實(shí)現(xiàn)了布料小車的自動化運(yùn)行，每年可節(jié)約人工成本約80萬元。

關(guān)鍵詞：布料小車;自動化;PLC;軟硬件改造;梯形圖

布料小車在破碎系統(tǒng)中起著重要的作用。其中，細(xì)碎、篩分、成品輸出等很多環(huán)節(jié)需要使用布料小車，通過布料小車給其下方多個料倉輸送物料。傳統(tǒng)的布料小車操作是由現(xiàn)場崗位工手動控制布料小車實(shí)現(xiàn)對料倉的布料，崗位工通過肉眼觀察每個料倉的料位，根據(jù)需要將布料小車移動到需要的料倉布料。崗位工的責(zé)任心和操作水平直接影響布料小車的運(yùn)行，再加上布料是一個持續(xù)不間斷的過程，所以崗位工的勞動強(qiáng)度大，且作業(yè)現(xiàn)場粉塵大，環(huán)境條件差，危害崗位工的身體健康。本文針對布料小車的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，對布料小車進(jìn)行了軟硬件改造和完善，通過編寫基于PLC控制的自動控制程序，成功實(shí)現(xiàn)了對布料小車的自動化改造，設(shè)備運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定。

1 工程背景

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特中旗新忽熱蘇木東部11 km處，隸屬于中國黃金集團(tuán)有限公司。內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司二期工程破碎系統(tǒng)由長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)[1]， 2013年9月開始投入生產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為日處理礦石量4萬t，礦石平均品位0.53 g/t，年產(chǎn)黃金4～5 t，是目前中國西北部最大的低品位礦石露天開采和采用堆浸工藝的黃金礦山生產(chǎn)企業(yè)之一。

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司破碎系統(tǒng)工藝流程為三段一閉路[1-2]：三段即粗碎、中碎、細(xì)碎3個環(huán)節(jié);一閉路即破碎后的礦石經(jīng)細(xì)碎預(yù)篩分，合格產(chǎn)品運(yùn)送到堆浸場地，不合格產(chǎn)品返回細(xì)碎環(huán)節(jié)繼續(xù)破碎，循環(huán)往復(fù)，形成一個閉合回路，直到產(chǎn)品合格為止。破碎系統(tǒng)中，細(xì)碎料倉、篩分料倉、成品料倉的數(shù)量都在4個以上，各料倉中的礦石由料倉上方的布料小車[1-2]進(jìn)行運(yùn)輸，以滿足細(xì)碎圓錐破碎機(jī)、篩分振動篩和放料的生產(chǎn)需要。二期工程破碎系統(tǒng)中5#、7#、9#主運(yùn)輸皮帶機(jī)上均安裝了布料小車，共3臺，若布料小車布料不均勻、或?qū)ζ洳僮鞑划?dāng)?shù)?，則對破碎系統(tǒng)的正常生產(chǎn)影響非常大。

破碎車間有完整的PLC控制平臺，主程序采用AB RSLogix5000編輯軟件編輯，畫面控制采用AB FactoryTalk view studio SE控制軟件編輯[3-4]。車間生產(chǎn)主要由中控室集中控制，個別工藝流程還需崗位工操作，布料小車的控制就是其中之一。隨著車間生產(chǎn)的發(fā)展，人工手動操作的缺點(diǎn)和問題逐漸凸顯，崗位工的責(zé)任心和操作水平直接影響布料小車的布料效果，且布料勞動強(qiáng)度較大，現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境差，對崗位工的健康影響較大。為了更好地保障車間安全有效生產(chǎn)，特對布料小車的控制方式進(jìn)行了自動化改造。

2 布料小車工作原理及存在問題

2.1 工作原理

料倉上方裝有一臺固定的主運(yùn)輸皮帶機(jī)，在主運(yùn)輸皮帶機(jī)的皮帶架上安裝質(zhì)量為25 kg及以上的軌道（與鐵路、井下電機(jī)車的軌道形狀相同），用于布料小車的運(yùn)行。布料小車形狀為三角形，采用重型鋼材制成，車身質(zhì)量30 t左右，從皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)方向來看，布料小車前部高、后部低，車身角度一般不大于30°。布料小車車身裝有頭輪、轉(zhuǎn)向輪、托輥、驅(qū)動裝置等，底部裝有2套軌道輪（一前一后），以確保布料小車水平放置在主運(yùn)輸皮帶機(jī)的軌道上。布料小車和主運(yùn)輸皮帶機(jī)共用一條皮帶，皮帶把布料小車頭輪、轉(zhuǎn)向輪和主運(yùn)輸皮帶機(jī)的頭輪、尾輪纏繞在一起，保證布料小車可在主運(yùn)輸皮帶機(jī)上前后行走。布料小車結(jié)構(gòu)如圖1所示。

布料小車行走靠驅(qū)動裝置驅(qū)動，驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、減速機(jī)、空心軸套、軌道輪等，其驅(qū)動原理為：采用三相異步電動機(jī)驅(qū)動，通過西門子專用減速機(jī)（KADS168-M160L4-L150/10 H）實(shí)現(xiàn)變比減速，在減速機(jī)輸出側(cè)安裝一套空心軸套，空心軸套和布料小車軌道輪軸緊密配合，形成驅(qū)動小車的驅(qū)動軸（從動軸），減速機(jī)空心軸套直接安裝在從動軸上，使空心軸套抱緊從動軸，人工操作電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)驅(qū)動減速機(jī)實(shí)現(xiàn)布料小車的前后行走，布料小車的停止靠電動機(jī)尾部的剎車裝置來完成。在主運(yùn)輸皮帶機(jī)的驅(qū)動下，礦石隨著皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)從布料小車的最低處被運(yùn)到布料小車高處的下料漏斗中，同時布料小車前后行走，將下料漏斗中的礦石分布到其下方各料倉內(nèi)，從而達(dá)到均勻布料的目的。

2.2 存在問題

布料小車在料倉上方來回行走是靠現(xiàn)場崗位工手動操作進(jìn)行控制的，通過幾年的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)人工控制布料小車的方式存在以下問題：

1）布料小車的運(yùn)行完全依靠現(xiàn)場崗位工控制，崗位工操作技能和操作經(jīng)驗(yàn)對布料效果起著決定性作用，熟練的崗位工可以較好地控制布料小車在每個料倉的布料時間，從而使下方料倉受料均勻。反之，就會出現(xiàn)個別料倉受料過多，個別料倉空倉的現(xiàn)象，大大影響生產(chǎn)效率。

2）現(xiàn)場崗位工勞動強(qiáng)度大。布料小車在各個料倉之間頻繁移動，在每個料倉上停留的時間不超過5 min，所以需要崗位工頻繁操作控制布料小車移動。

3）工作現(xiàn)場環(huán)境差。隨著布料小車的來回行走，粉碎的礦石在下落過程中會形成氣流，粉塵會隨著氣流漂浮，雖然車間配備除塵設(shè)備，但由于氣流較大，導(dǎo)致現(xiàn)場粉塵大、作業(yè)環(huán)境差，嚴(yán)重影響崗位工的身體健康。

3 布料小車自動化改造

通過在現(xiàn)場安裝各類開關(guān)、傳感器，將現(xiàn)場布料小車運(yùn)行所需的信號、數(shù)據(jù)、狀態(tài)反饋至PLC，通過在PLC中編寫布料小車控制程序和在中控室控制畫面上顯示相應(yīng)布料小車控制畫面，將現(xiàn)場反饋回的信號、數(shù)據(jù)、狀態(tài)經(jīng)程序進(jìn)行處理，利用處理結(jié)果驅(qū)動現(xiàn)場布料小車行進(jìn)布料，達(dá)到遠(yuǎn)程自動化控制布料小車運(yùn)行的目的。3DC19304-5FFB-4E5C-862B-B3170A3FEE0A

3.1 硬件改造

1）確定料倉位置。在主運(yùn)輸皮帶機(jī)頭輪位置安裝紅外激光測距儀，布料小車行至每個料倉時，記錄測距儀測定結(jié)果，并將數(shù)據(jù)反饋至PLC，供PLC集中處理[3]。

2）完善料倉的料位計(jì)，使料倉實(shí)際料位可以準(zhǔn)確地反饋至PLC。料倉現(xiàn)場環(huán)境差，料倉中粉塵濃度大、濕氣也大，原有料位計(jì)反應(yīng)遲鈍、滯后，不能準(zhǔn)確反饋料倉實(shí)際料位變化，經(jīng)過多次選型試驗(yàn)，最終選定Vegapulse67 4～20 mA/HART料位計(jì)，可以很好地適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境，能夠精準(zhǔn)感應(yīng)料倉中物料的高度，并將物料的高度轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的4～20 mA電流信號傳至PLC，在PLC對應(yīng)的模擬量輸入通道中，設(shè)置電流信號大小和物料高度對應(yīng)關(guān)系，就可以把反饋的電流信號轉(zhuǎn)換為料倉中物料的實(shí)際高度。

3）完善現(xiàn)場控制。在現(xiàn)場控制箱中，增加遠(yuǎn)程控制功能，同時將現(xiàn)場布料小車的運(yùn)行信號、故障信號、電流信號、急停信號、限位信號等信號反饋至PLC。

4）增加現(xiàn)場監(jiān)控。在作業(yè)現(xiàn)場增加監(jiān)控?cái)z像頭，可以多方位監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境和布料小車運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 控制程序

1）啟動準(zhǔn)備程序。布料小車自動行走由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制[3]，結(jié)合礦山生產(chǎn)和控制要求，還需要完善控制和保護(hù)程序。因此，編寫了布料小車啟動準(zhǔn)備程序，包括檢修信號、手自動信號、故障信號、急停信號、限位信號、料倉選擇信號、正反轉(zhuǎn)互鎖信號等，啟動準(zhǔn)備程序梯形圖（以7#布料小車為例）如圖2所示。

（1）檢修信號的作用是當(dāng)設(shè)備需要維護(hù)、保養(yǎng)、處理問題時，工作人員通知中控室將設(shè)備設(shè)置為檢修狀態(tài)，對應(yīng)啟動準(zhǔn)備程序中的檢修信號由常閉通路變成開點(diǎn)斷路，整個啟動準(zhǔn)備程序有斷開點(diǎn)，程序無法執(zhí)行，對應(yīng)的布料小車無法運(yùn)行，從而保障檢修人員的安全。

（2）手自動信號的作用是通過手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，切換布料小車的控制方式，保障在相應(yīng)控制模式中不被另一種模式干擾，發(fā)生錯誤動作。即轉(zhuǎn)換到手動模式時，自動控制啟動準(zhǔn)備程序中相應(yīng)的自動轉(zhuǎn)換點(diǎn)由通路變?yōu)閿嗦?，啟動?zhǔn)備程序無法執(zhí)行，自動運(yùn)行模式無法動作，從而無法參與手動模式的正常運(yùn)行。同理，轉(zhuǎn)到自動運(yùn)行模式時，手動模式電路斷開。

（3）故障信號是將布料小車運(yùn)行時電流處于異常值或控制柜外部故障等導(dǎo)致布料小車無法正常運(yùn)行的故障匯總成一個信號點(diǎn)，當(dāng)有故障時，程序內(nèi)的常閉電路斷開，程序停止執(zhí)行，并將相關(guān)報(bào)警顯示在中控室控制畫面上，中控室人員及時通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

（4）急停信號是安裝在現(xiàn)場的一個緊急停車按鈕。當(dāng)現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備有緊急情況，來不及通知中控室正常停止設(shè)備時，立即按下急停按鈕，對應(yīng)程序中急停信號的常閉電路斷開，程序停止執(zhí)行，快速停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，及時阻止事故發(fā)生。

（5）限位信號和料倉選擇信號配套使用。例如：料倉選擇信號正轉(zhuǎn)運(yùn)行時選擇4#倉布料，停車延時結(jié)束便反向運(yùn)轉(zhuǎn)，切除5#倉的運(yùn)行控制，對應(yīng)的4#倉限位參與到程序運(yùn)行中，布料小車到達(dá)4#倉限位位置，限位動作，通路斷開，程序停止，布料小車停止響應(yīng)動作。

（6）正反轉(zhuǎn)互鎖信號原理和接觸器外部控制正反轉(zhuǎn)互鎖原理相同，即在正轉(zhuǎn)啟動準(zhǔn)備程序中串接反轉(zhuǎn)啟動準(zhǔn)備的常閉點(diǎn)，保障設(shè)備在執(zhí)行某一方向程序時，另一方向程序中的常閉點(diǎn)斷開，防止正反轉(zhuǎn)程序同時執(zhí)行，損壞設(shè)備。

2）倉位及料倉卸料位置確定。只有在程序中顯示布料小車所在料倉位置，才能根據(jù)位置執(zhí)行相應(yīng)程序。根據(jù)激光測距儀檢測結(jié)果，對照現(xiàn)場布料小車所在位置，確定布料小車運(yùn)行或停止在每個料倉的位置距離，布料小車所在倉位確定梯形圖如圖3所示。

布料小車需要在每個料倉中間位置停車，為下方料倉布料，在每個料倉中間停止時，程序的停止信號可以即時動作，但布料小車的制動并不是即時的，導(dǎo)致停止信號動作時布料小車依舊在運(yùn)行，而當(dāng)小車即將完全停止時，程序的行車信號已經(jīng)恢復(fù)，程序便會給出繼續(xù)執(zhí)行動作的指令，所以小車在停車過程中并沒有完全停下來。針對這種情況，現(xiàn)場測量小車實(shí)際制動距離，將停車信號設(shè)定為一個區(qū)間，以7#布料小車的3#倉為例，制動距離設(shè)為12.5～13.0 m，即布料小車在這個區(qū)域內(nèi)一直發(fā)出停止信號，即使布料小車制動慢，但它通過設(shè)定的0.5 m區(qū)間所需要的時間足夠使其停止，布料小車在料倉中間位置停車梯形圖如圖4所示。

3）輸出程序。滿足了啟動準(zhǔn)備信號，若要最終輸出驅(qū)動布料小車行走的控制[3-4]，使得PLC可以輸出相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)控制信號，還需考慮布料小車布料料倉的選擇，以7#布料小車為例，下方有5個受料倉，可以選擇為5個料倉布料，切除1#倉為2#～5#倉布料，切除1#、2#倉為3#～5#倉布料，切除5#倉為1#～4#倉布料等多種布料方式，同時對每個料倉的布料時間可自行設(shè)置。此外，料倉的料位也可由程序自動控制，當(dāng)料位高于對應(yīng)料倉料位的設(shè)定值時，布料小車便快速通過相應(yīng)料倉不做停留，以免料位過高，做到合理布料。輸出程序梯形圖如圖5所示。

4）布料小車自動控制系統(tǒng)操作畫面編輯。打開畫面

編輯軟件，新建一個顯示畫面，將需要顯示的反饋信號和控制要求添加相應(yīng)的動作按鈕及顯示框布局到畫面中[3-4]（如圖6所示），將動作按鈕及顯示框的地址（或變量標(biāo)簽）與之前程序編輯中相應(yīng)的變量標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)，確定變量標(biāo)簽和畫面滿足設(shè)計(jì)要求后，將新建的顯示畫面保存并運(yùn)行到車間正?？刂骑@示畫面中，點(diǎn)擊控制畫面相應(yīng)位置，就會顯示出編輯畫面所控制的內(nèi)容。因?yàn)榕c程序中的變量標(biāo)簽進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，此時畫面中所顯示的內(nèi)容就是程序中的實(shí)時內(nèi)容，并且點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，程序也會有相應(yīng)的動作變化。布料小車自動控制系統(tǒng)操作顯示畫面如圖7所示。

3.3 應(yīng)用效果

1）以7#布料小車為例，皮帶上物料的瞬時流量為1 800 t/h左右，1個料倉的容積約為0.3 m3，下方有5個料倉，改造前，由崗位工根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際手動操作控制布料小車，崗位工的責(zé)任心、工作經(jīng)驗(yàn)等因素影響布料小車的布料效果。改造后，通過程序控制，根據(jù)每個料倉的料位顯示情況和生產(chǎn)情況，可以設(shè)定和調(diào)整布料小車在每個料倉的停留時間，布料小車可以穩(wěn)定地為每個料倉布料，比人工操作可靠。3DC19304-5FFB-4E5C-862B-B3170A3FEE0A

2）對布料小車進(jìn)行自動化改造后，無需再由現(xiàn)場崗位工手動操作布料小車行走布料，使操作人員遠(yuǎn)離了惡劣的工作環(huán)境，避免了環(huán)境對崗位工身體健康的影響。同時，按照內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司用工費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)核算，雇用1名崗位工每年需要的成本約為10萬元，對5#、7#布料小車的自動化改造減少了現(xiàn)場崗位工8名（每臺布料小車三班倒崗位工3名，輪休崗位工1名），每年可節(jié)約人工成本約為80萬元。

4 結(jié) 語

通過分析布料小車手動控制的不足和缺陷，對布料小車硬件、軟件等方面進(jìn)行了自動化改造，最終實(shí)現(xiàn)了自動化控制，改造后的效果明顯，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，布料更精準(zhǔn)合理。同時，還實(shí)現(xiàn)了自動化減人，每年可節(jié)約人工成本約80萬元，為公司的安全、環(huán)保、職業(yè)病防治工作做出一定貢獻(xiàn)。

自動化和中央控制系統(tǒng)控制是大勢所趨，它在改進(jìn)生產(chǎn)方式、優(yōu)化生產(chǎn)流程、減輕人員勞動強(qiáng)度、降低勞動成本、確保安全環(huán)保、保證職業(yè)健康等方面的優(yōu)勢越來越明顯。自動化控制系統(tǒng)在內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司大型破碎系統(tǒng)中已得到應(yīng)用，隨著各個細(xì)節(jié)不斷完善，使得公司向著工業(yè)化、智能化企業(yè)方向更進(jìn)一步發(fā)展。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 張維濱，張范春，王彥慧，等.內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)[R].長春：長春黃金設(shè)計(jì)院，2014.

[2] 劉曉明，鞠洪剛，李欣，等.寧夏太平礦業(yè)長山壕金礦破碎廠項(xiàng)目[R].鞍山：鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)院，2008.

[3] 王華忠.工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用：PLC與人機(jī)界面[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

[4] 王華忠.工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用：PLC與組態(tài)軟件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

Modification of feeding cart automation and its application in crushing system

Feng Yunfei，Shen Xin

（Inner Mongolia Pacific Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The crushing system in Inner Mongolia Pacific Mining Co.，Ltd.is typical three-stage? one-closed-circuit system，where fine feed，screened feed and product ore storage bin all require feeding cart to spread and feed，making feeding cart vital in the process.In light that the labor is intense and field conditions are poor to operate feeding cart，the feeding cart is modified and improved on its software and hardware.The installation of laser infrared distance meter and advanced level-sensing device to the feeding cart to obtain parameters，such as operation distance and feed level height，the programming of PLC-based automated control procedure and the real-time presentation of interface，has realized automated operation of feeding cart，saving labor cost by about 0.8 million yuan/a.

Keywords：feeding cart;automation;PLC;software and hardware modification;ladder diagram3DC19304-5FFB-4E5C-862B-B3170A3FEE0A