煤炭温度线上检测系统

张鑫淼，赵鑫鑫

（1.河北港口集团，河北秦皇岛 066000；2.河北省地球物理勘察院，河北廊坊 065000）

0 引言

在散货码头煤炭运输过程中，由于煤种、天气等原因，煤炭堆存过程中经常发生煤温过热自燃现象，目前主要依靠人工检测煤垛温度，由于检测人员数量有限、作业现场环境限制等原因，在整个装船作业过程中，检测人员无法时刻检测煤炭温度，只能采取定时检查、重点抽查的策略，一旦因为漏检导致热煤进入皮带线，则会损坏沿线设备引发火灾，热煤进入船舱还可能发生自燃，不但严重影响生产效率，处理时由于在船舱内产生有害气体又有安全风险，如发现不及时，高温会破坏货船自身钢结构，造成较大的经济损失及安全风险。

为提升客户服务质量，加强安全管控及装船质量管控，减少装船过程中由于热煤发现不及时导致的质量和安全事故，在取料机悬皮处安装“煤温线上检测系统”，实时检测安装位置处的温度变化情况，弥补人工无法实现全天候检测的不足，达到减少热煤漏检的目的。

1 技术方案

1.1 设计思路

在取料机悬皮上方安装一台在线式红外温度检测装置，该装置集成红外温度测温仪和无线物联网模块，可以实时检测皮带上方煤流的温度，并通过物联网模块将检测结果发送给数据采集处理服务器，服务器通过OPC 将数据写入到相关PLC。为便于工作人员掌握取料机处煤流温度，在生产控制系统上位机、各取料机上位机分别添加温度实时显示界面；结合流程运行情况、取料机运行信号、取料机皮带秤流量等数据，在上位机添加超温报警功能，煤温过高时提醒工作人员采取应急措施。

煤温在线检测系统主要由3 部分构成，即温度采集模块、无线物联网模块、数据采集处理软件。其中，温度采集模块的核心是Omega 公司的OS137 系列紧凑型非接触式红外线温度传感器，该传感器将温度检测元件与单片机控制器封装在具有IP65 防护等级的不锈钢外壳中，可通过外置挂架安装；无线通信模块采用一主多从模式，7 台取料机各安装1 个从站，负责将采集数据转化为无线信号发送到1 台主站，主站负责接收从站的数据，并将其转换成有线网络信号；数据采集处理服务器负责读取无线主站数据，并将其写入到1 号变电站PLC 内存。

综合分析作业过程的实际情况，考虑到实施成本、维护成本及使用效果等，项目方案的特点：①系统自动运行，无人值守；②非接触式检测，响应度高；③检测数据写入控制系统PLC，后期可根据生产需要实现数据共享；④测温仪主站和从站之间采用无线通信，降低施工维护成本。

1.2 设备选型方案

（1）红外线温度采集模块。Omega 公司的OS137 红外线温度传感器采用红外线测温原理，无需与被测物体接触即可准确测量物体表面温度，该系列包括多种型号，有各种功能和选件，标准功能包括：可调节的发射率，10∶1 光学视场，可调节的报警设定值和驱动外部继电器的电压输出，以及6 种预选模拟信号输出，可与所有仪表、控制器、数据记录器、记录仪、计算机板卡等连接，用于电源和输出连接的1.8 m 屏蔽电缆。

（2）无线物联网通信模块。无线物联网通信系统选用基于LoRa无线通信技术的通信模块，LoRa 是LPWAN 通信技术中的一种，是基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供了一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感器网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433 MHz、868 MHz 和915 MHz 等。本项目使用433 MHz 频段，采用一主多从的组网方式，配置1 台主站，7 台从站，主站周期性读取从站数据。

为避免恶劣天气对物联网通信模块的影响，为模块加装了铝合金外壳，外接钢化玻璃天线，整个无线模块与外界空气隔绝，在加强了设备散热的同时，避免水分对设备的损坏，保障设备长期稳定的运行。

1.3 测温数据的传输和处理

煤温线上检测系统安装完成以后，其检测数据需要经过以下步骤最终写入控制系统PLC。

（1）红外线测温仪将采集到的被测点处温度值，通过RS485端口发送给无线从站。

（2）无线主站轮流读取各从站的数据，然后将其转换为TCP/IP协议的数据包，通过网线发送到控制系统交换机。

（3）数据采集处理服务器运行的处理软件读取无线主站数据，然后通过OPC 将数据写入1 号变电站PLC。该软件运行前，需要对服务器RSLinx 软件的DDE/OPC 功能进行设置，如图1 所示，本项目DDE/OPC 的Topic 名称为“CFD_SS1”，该Topic 的通信目标为右侧的IP 地址“172.16.1.22”、名称为“CFD_SS1”的1 号变电站PLC。

数据采集处理软件运行界面如图2 所示，其中，无线主站的IP 地址和端口号为“172.16.1.60：38730”，该软件可将无线主站的数据写入变电站PLC。

图1 RSLinx 软件的DDE/OPC 设置

图2 数据采集处理软件运行界面

1.4 煤温数据的显示及超温报警

1 号变电站PLC 接收到煤温数据后，不但需要将数据实时显示到控制系统上位机，还需要进一步将数据发送给取料机的PLC，使取料机司机可以看到实时温度，并在煤温过高时得到超温报警。

（1）煤温数据在控制系统上位机的显示。为了能够在控制系统上位机实时显示煤温变化情况，使用FactoryTalk View Studio SE 软件，将PLC 中的煤温数据写入到控制系统SE 服务器，通过该服务器将煤温数据发布到所有控制系统上位机。

在装船作业流程界面取料机图标下添加温度显示值，如图3 所示当前煤温显示为“R6：29℃”。

另外，在各取料机的控制界面添加实时温度数据，即使取料机没有参与流程，也能显示出皮带表面的当前温度，通过不同取料机之间温度值比对，便于工作人员了解当前的室外温度，同时在测温仪出现故障时，工作人员能及时发现并维修，避免作业过程中出现超温报警漏报。

图3 装船作业流程煤温显示

（2）煤温数据在取料机上位机的显示和报警。煤温数据在写入到取料机PLC 后，与控制系统类似，也是通过FactoryTalk View Studio SE 将数据从PLC 显示到取料机上位机。

在取料过程中，如果取料机皮带秤瞬时流量超过500 t/h，取料机已经开始上料，如果测温仪温度超过45 ℃，系统进入超温报警状态，煤温值由灰色变为红色闪烁，并且司机室蜂鸣器开始报警，提醒司机采取应对措施。

2 结束语

随着国民经济的发展，煤炭主产地由山西向内蒙地区转移，高硫易燃煤炭货源增加，着火煤的处理给中转运输企业带来很多问题。煤炭线上检测系统的使用，保证了设备的安全，降低由火煤引起的安全风险，也为着火煤的处理提供时实数据依据。