1 前 言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠老區(qū)原料場主要負責原燃料的接收、驗收、貯存、轉(zhuǎn)運、加工、中和混勻等生產(chǎn)任務(wù)，以及為高爐、燒結(jié)機、豎爐生產(chǎn)提供原料運輸供應(yīng)。老區(qū)原料場分一次料場和混勻料場兩部分，共有7臺堆取料機。在日常生產(chǎn)過程中，堆取料機與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制，當一方設(shè)備出現(xiàn)故障，另一方設(shè)備不能及時停止，易造成皮帶壓料、堆取料機損壞等故障，給生產(chǎn)造成很大的困擾。另外，由于料場距離長（約450 m），堆取料機供電線路較長，停送電不及時，存在生產(chǎn)安全隱患，影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。隨著燒結(jié)機及高爐生產(chǎn)能力的提高，進廠原料數(shù)量增加，堆取料機由原間歇性運行模式調(diào)整為連續(xù)運行模式，堆取料機的安全可靠運行尤其重要。堆取料機與地面大皮帶之間必須實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，縮小故障范圍，以降低故障損失程度。

2 設(shè)備故障分析

2.1 滑線供電故障

堆取料機通過地面滑線傳輸方式供電。由于堆取料機道軌、皮帶支架地基下沉不均，滑觸線隨著皮帶機支架產(chǎn)生震動，以及滑線安裝誤差等原因，使得動力滑觸線及其集電器支架變形脫落。同時現(xiàn)場物料導(dǎo)電粉塵濃度高、硬度大、磨損嚴重，滑觸線絕緣經(jīng)常被破壞，易造成短路起火，如果不能及時切斷滑線電源，將會導(dǎo)致故障擴大乃至燒毀堆取料機的嚴重設(shè)備事故，威脅崗位人員的人身安全。據(jù)統(tǒng)計，滑觸線故障率占堆取料機總故障的70%。由于滑線電源在低配室控制，低配室與料場滑線間距離大約500 m，短時間無法停、送電。

2.2 無聯(lián)鎖控制造成的故障

堆取料機與地面大皮帶之間沒有聯(lián)鎖控制。當堆取料機堆料時出現(xiàn)故障，車上崗位人員要聯(lián)系主控室停止地面大皮帶運行或者聯(lián)系地面大皮帶崗位停止大皮帶運行，聯(lián)系時間長，停機操作不及時，易造成堆取料機事故，嚴重時會引起堆取料機鋼結(jié)構(gòu)變形；當堆取料機取料時，若地面運輸皮帶出現(xiàn)故障，堆取料機不能及時停止取料，則易造成地面皮帶堵料、撒料、壓料，甚至拉斷皮帶等現(xiàn)象。

3 改造方案

造成以上問題的原因在于堆取料機與地面沒有建立起應(yīng)有的數(shù)據(jù)通訊，彼此之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系。項目改造思路：采用智能無線聯(lián)鎖控制裝置完成堆取料機與地面的數(shù)據(jù)通訊，即在堆取料機、滑線、大皮帶之間安裝無線聯(lián)鎖控制裝置。無線聯(lián)鎖控制裝置由堆取料機無線通訊站、地面無線通訊站、天線3部分組成。無線通訊站支持點對點或1點對多點使用，負責采集移動設(shè)備、地面設(shè)備運行控制信號；天線是智能控制裝置的附屬設(shè)備，負責將移動、地面無線通訊站的信號時時發(fā)送。

3.1 無線聯(lián)鎖控制裝置工作原理

智能無線聯(lián)鎖控制裝置采用工業(yè)級微處理器和電子元器件，該系統(tǒng)采用信道分離、地址識別、數(shù)據(jù)代碼和校驗、接收確認以及抗干擾設(shè)計，并采用無線及本地兩種采集模式，從而達到工業(yè)控制的高可靠性和實時性要求。無線通訊站接收到輸入的開關(guān)量信號，單片機對其運算和處理，把開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換頻率為 2400DBS 與其發(fā)射模塊接口協(xié)議一致的232信號，以數(shù)據(jù)包形式通過通訊站發(fā)射模塊發(fā)送，當對方接到信號后反饋1個停止信號，無線發(fā)射模塊停止發(fā)射。無線接收模塊以無線方式接收到數(shù)據(jù)包并進行處理，以232信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機進行信號運算、處理，驅(qū)動繼電器閉合實現(xiàn)開關(guān)量信號的傳輸，即實現(xiàn)一端開關(guān)量輸入，另一端開關(guān)量輸出。

選用點對點的無線通信方式，在1臺堆取料機無線通訊站與其他堆取料機無線通訊站之間設(shè)置不同的頻率及不同的IP地址，避免各機之間的相互干擾；針對料場料堆較高、料場附近電器設(shè)備較多的特點，選擇高頻通訊頻段，避免其他通訊設(shè)備的干擾，降低發(fā)射設(shè)備的功率。

3.2 無線聯(lián)鎖控制裝置主要特點

1）實時性。其全方向的無線信號發(fā)射設(shè)計及專用的數(shù)據(jù)傳輸頻段和不受障礙物的阻礙特性，以毫秒級時間間隔采集數(shù)據(jù)、校驗數(shù)據(jù)、發(fā)射數(shù)據(jù)信號，保證數(shù)據(jù)的準確、可靠。

2）高可靠性。該設(shè)備采用點對點使用，地面設(shè)備只供1臺堆取料機使用，增加了可靠性，且傳輸速度快，從發(fā)射出信號到接受到信號只需15 ms，基本無延時。因無主站控制，可避免堆取料機出現(xiàn)**癱瘓。裝置采用信道分離，每臺堆取料機之間的頻率信道間隔在18 MHz，無相互干擾，更加可靠；采用

IP地址識別，在每1套通訊系統(tǒng)之間，在單片機中設(shè)置**的IP地址，增加了其可靠性；在每1套通訊裝置間發(fā)送**的數(shù)據(jù)代碼，通訊站只有接到與設(shè)定

一致的數(shù)據(jù)包才有效。裝置在接到正確信號后，自動反饋“停止”信號；若接收不到反饋信號，則裝置連續(xù)發(fā)送信號，以保證始終保持聯(lián)絡(luò)狀態(tài)。

3）裝有備用電源以確保運行安全。內(nèi)置蓄電池備用電源，當外供電斷開時，可自動切換由內(nèi)置電源供電，可保證設(shè)備停電后持續(xù)供電120 s，以保證狀態(tài)信息及時發(fā)送到對方，避免因設(shè)備斷電而影響設(shè)備的正常使用，提高了設(shè)備運行的可靠性。

4）使用頻段符合國家要求。使用頻帶展寬220M～238 MHz，符合國家關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸頻率要求，且現(xiàn)場沒有同一頻率的設(shè)備，不發(fā)生相互干擾。

5）傳輸距離長。該設(shè)備功率低于1 W，采用內(nèi)置12 dBi天線，適合遠距離傳輸，其理論傳輸距離2km，現(xiàn)場實際傳輸距離1.5 km，完全滿足使用要求。

6）環(huán)境適應(yīng)強。該設(shè)備按照工業(yè)環(huán)境設(shè)計，主機可在非露天環(huán)境、輕微粉塵、潮濕、雨雪、大霧等惡劣環(huán)境下使用。

3.3 堆料狀態(tài)下電氣控制原理

堆料時，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖1、圖2。

1）聯(lián)鎖啟動：車載皮帶啟動，其運行信號觸點閉合，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端K2（地）接收信號，大皮帶繼電

器KA2線圈吸合，KA2觸點閉合，大皮帶啟動。

2）聯(lián)鎖停止：車載皮帶停止，其運行信號斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）信號中斷，地面無線通訊站接收端K2（地）信號斷開，大皮帶繼電器KA2線圈斷開，KA2觸點斷開，大皮帶停止。

3）單動啟動：SA轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合（左轉(zhuǎn)），短接車載皮帶運行信號，車載無線通訊站發(fā)射端X2（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端 K2（地）接收到信

號，大皮帶繼電器KA2線圈吸合，KA2觸點閉合，大皮帶單動啟動。

3.4 取料狀態(tài)下電氣控制原理

取料時，聯(lián)鎖裝置控制原理見圖3、圖4。

1）聯(lián)鎖啟動：轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1打到取料狀態(tài)，大皮帶 KA2 線圈吸合，大皮帶具備啟動條件后啟動，其運行信號觸點閉合，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）發(fā)射信號，車載無線通訊站接收端K1（車）接收到信號，車載皮帶繼電器KA1線圈吸合，KA1觸點閉合，車載皮帶啟動。

2）聯(lián)鎖停止：大皮帶停止，其運行信號斷開，地面無線通訊站發(fā)射端X1（地）信號中斷，車載無線通訊站接收端K1（車）信號斷開，大皮帶繼電器KA1線圈斷開，KA1觸點斷開，車載皮帶停止。

3）單動啟動：SA轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合（右轉(zhuǎn)），短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA1 觸點，車載接觸器線圈吸合，車載皮帶單動啟動。

3.5 滑線聯(lián)鎖狀態(tài)下電氣控制原理

與安全滑觸線聯(lián)鎖時，其控制原理見圖5、圖6。

1）供電啟動：SA2轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合，短接聯(lián)鎖接收繼電器 KA3 觸點，滑線供電接觸器線圈吸合，滑線供電啟動。2）供電聯(lián)鎖：急停按鈕SB1閉合，車載無

線通訊站發(fā)射端X3（車）發(fā)射信號，地面無線通訊站接收端K3（地）接收到信號，滑線繼電器KA3線圈吸合，KA3觸點閉合，滑線供電運行（SA2轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開）。3）故障停止：滑線故障，操作人員按動緊急按鈕 SB1，其緊急信號斷開，車載無線通訊站發(fā)射端X3（車）信號中斷，地面無線通訊站接收端K3（地）信號斷開，滑線繼電器KA3線圈斷開，KA3觸點斷開，滑線供電停止。

通過其裝置實現(xiàn)大型機具與大皮帶、大型機具與滑線之間的遠距離無線聯(lián)鎖控制，能快速從大型機具上對滑線、皮帶進行應(yīng)急停止，從而滿足工業(yè)控制的可靠性和實時性要求，保障大型機具和大皮帶之間聯(lián)鎖反應(yīng)的快速與及時性，不但實現(xiàn)節(jié)能降耗，而且降低了設(shè)備故障率。

4 實施效果

項目實施后，解決了原料場堆、取料移動設(shè)備與地面皮帶機之間不能同步聯(lián)鎖控制的難題，避免了因設(shè)備不能同步控制造成停機等間接經(jīng)濟損失；大幅降低了原料場堆取料機設(shè)備故障率，減少了因滑觸線故障造成的延誤火車卸料現(xiàn)象，確保了原料場礦料的輸送暢通。堆取料機設(shè)備故障率降低，礦料配比穩(wěn)定，有利于提高燒結(jié)礦質(zhì)量與產(chǎn)量，綜合經(jīng)濟效益達100余萬元。