神华粤电珠海港取装线典型设备缺陷分析与改造

杨敏康+冯军伟+温生奎+秦伟

摘 要：取装线是整个码头系统的最末端设备，其稳定运行关系到整个码头工作效率，本文主要总结了我公司开港以来取装线存在的典型缺陷并且提出了改进方法。

关键词：装船机；故障；缺陷；改进

神华粤电珠海港煤炭码头有限责任公司主要设备包括：桥式抓斗卸船机4台、链斗式连续卸船机2台、移动回转式装船机4台、8台堆取料机、2台取料机、筛分、装火车装置以及带式输送机等设备，在码头作业方面，装船以1000-3000吨的小型驳船为主，行走范围广，装船机之间容易发生相互碰撞；伸缩部位经常报编码器超程故障；发生碰撞后，导致设备损坏，并且维修恢复时间较长，对公司正常生产作业影响较大，因此需要更新完善设备防碰撞装置；取料过程中由于原先堆取料机皮带秤测速滚筒经常损坏，震动大不稳定造成皮带秤速度系统数据采集偏差大，引起皮带秤误差大等缺陷。

本文主要针对取装线存在的风险即装船机作业过程中大机相互碰撞和皮带秤偏差大对公司的作业效率甚至声誉造成负面影响进行改造。

1防碰撞系统故障分析与改造

1.1 装船机行走编码器校正设计

目前装船机作业过程中，由于行走编码器的累积误差不断增大，存在大机相撞的隐患，由于原来设计时未做编码器校正，只有报警，鉴于以上问题决定增加装船機行走编码器校正功能。

以一号装船机SL1为例，采用磁体式感应限位进行校正，在控制合，大车向左向右命令，锚定坑感应限位信号上升沿下降沿具备的条件下。

原先的计算值Gantry_Encoder_read3[0]减去0得到一个新的中间值Gantry_Encoder_readGY_2，原先的编码器计算值再减去新的中间值 Gantry_Encoder_readGY_2得到与锚定坑校正限位的实时偏差值，此偏差值加上锚定坑校正限位离左侧廊道0位处的值53.6米就是编码器的准确值Gantry_Encoder_readGY_4，再把此值送入程序中编码器的设定标签Gantry_Encoder_Cal[0]中。

为了防止编码器出现卡死以及大车在行走但是编码器数值不变等情况，在控制合，大车向左向右命令，锚定坑感应限位信号上升沿下降沿具备的条件下，校正前的值减去53.6得出偏差，偏差超过正负2米报编码器偏差故障。

漏检故障报警程序设计思路为，由于磁铁限位信号在感应前后分别为0和1两种状态，如果过校正位后信号状态未变化则判断为漏检。

编码器故障和磁铁感应限位漏检故障由于关系到大机安全问题，这两个故障司机是不能进行复位的，只有抢修人员和技术员有处理权限，在程序设计时已经进行了限制。

此程序设计以SL1为例，SL2锚定坑为238.5米，SL3为444.5米，SL4为530米。

目前当装船机回转角度小于38度时两大机位置差为75米时减速，距离差为72米时停止。由于SL4溜筒改造后直径扩大后需要把SL4与SL3的减速距离与停止距离扩大，实际扩大值需要现场进行测量，然后对SL4程序进行修改。

1.2 改造后存在的风险与预控措施

改造后易发生的风险为出现漏检故障后没有正确复位，造成程序逻辑错误编码器损坏数值不连续，出现跳动。

预防措施为对故障抢修人员进行培训抢修班人员随身携带磁铁出现漏检故障时用磁铁复位，并且把大机开到感应位，判断是限位损坏还是距离远没感应到。定期检查编码器数值和编码器外观发现缺陷及时维修。

2堆取料机皮带秤改造

2.1 皮带秤目前现状

皮带秤是一种动态称重设备，其工作原理是通过称重传感器把物料的重量转换成0-10V的电压信号，由控制器的模拟量通道输入到主控DSP芯片，通过计算得出物料的重量W（kg/m）然后由安装在测速滚筒上的测速传感器把开关量信号通过数字量通道传到主控DSP芯片，计算得到皮带运行速度V（m/s），最后计算得出皮带秤的瞬时流量Q（t）=W*V。

皮带秤的硬件主要由以下几个模块组成

模拟量输入模块是对称重传感器的电压信号进行采样，通过A/D转化后送入DSP处理器；

模拟量输出模块是把经过DSP运算出的瞬时流量和皮带运行速度传入PLC控制系统；数字量输出模块是把测速传感器检测到的开关量信号通过数字量通道传入DSP处理器；显示模块和键盘接口模块主要是用作参数的选择和设定，按键直接和DSP处理器接口连接，采用中断方式扫描；通信模块采用PROFIBUS-DP通讯板实现和PLC之间通讯；电源模块是把220V的外界交流电转换成仪表芯片和传感器需要的电压。

2.2.皮带秤测速滚筒存在的缺陷

通过一年多的使用和观察发现堆场皮带秤故障90%是由测速滚筒的损坏造成的。测速滚筒的损坏使测速传感器无法正确反应当前皮带运行速度，从而造成皮带秤内部计算不准确，严重影响了生产作业效率。测速滚筒的损坏的原因是由于测速滚筒直接贴着皮带内侧运行，长期径向受力、晃动造成测速滚筒轴承损坏，进而导致测速滚筒主轴的损坏，测速轮无法转动或者转动变慢，最终速度传感器失灵。同时在皮带秤设计中，把测速滚筒装在悬臂的中部然，测速滚筒轴承没有集中润滑功能，致使使检修和润滑十分困难。并且厂家垄断不提供测速系统图纸，如若损坏只能从原公司高额采购势必会增加采购成本。

2.3.皮带秤测速滚筒改造

皮带秤主要是通过周期采样实现对重量信号和速度信号的积算再把运算结果传入PLC中。

主要原理为：

通过重量传感器测出一定长度上物料的重量W（t）（kg/m），通过测速传感器测到的皮带运行速度V（t）（m/s），两者相乘得到皮带秤的瞬时流量Q（t）=W（t）*V（t）单位为kg/s。由于皮带不可能一直匀速运行，其速度与物料流量和皮带的倾斜角度有直接关系，并且物料重量也不可能一直不变。因此累积量Q应该是瞬时量W（t）和时间的积分值，即：

Q= （1）

公式1中W（t）-瞬时流量

V（t）-皮带瞬时速度

从公式可以看出皮带称瞬时速度的计算值是否准确直接关系最后的累积量的精确度。速度传感器采用感应式的开关，因此在测速滚筒运行一周感应点越多反映出来的速度越准确。

根据测速滚筒测速原理和存在的问题，我们提出了用悬臂皮带从动滚筒替代测速滚筒作为测速传感器的安装载体。从而实现速度检测的设想。本改造主要面临两个难点一、测速轮如何安装问题；二、速度脉冲数目的改变对检测精度的影响问题。由于从动滚筒直径比皮带秤测速滚筒大许多，因此在滚筒运转的一个周期内可以多增加几个感应点来提高皮带瞬时速度检测的精确度，由于速度传感器的感应频率改变了因此我们重新对皮带秤做了运行周期，结果表明皮带运行速度比原来稳定了许多不会大幅度波动。皮带称速度传感器检测的脉冲为13HZ，堆取料机五次取料皮带秤与实际装船量对比的值可以看出误差最小可以控制在-0.0666%。

3 结语

通过对装船线进行改造，增加磁铁式校正限位使装船机编码器精确度得到了提高作业时碰撞概率得到了控制，此方案随后应用到了卸船机编码器校正系统中，效果很好；改造了堆取料机皮带秤测速滚筒使堆取料机皮带秤偏差越来越小，皮带秤越来越精确，每年可以少采购8个左右测速滚筒节约了成本，产生了良好的经济效益。此两种改造方案可以应用到其他各个散货码头。

参考文献：

[1]张雄伟，曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用（第二版）[M].电子工业出版社，2000

[2]林宝全，郑崇苏.电子皮带秤的硬件设计与控制算法的仿真.江苏电器（2008 NO.10）endprint