黄骅港智能堆场系统优化研究①

陈致远

(神华黄骅港务有限责任公司 河北沧州 061113)

黄骅港智能堆场建设完成，实现了堆取环节的全自动运行，是国内首个实现全自动运行的煤炭堆场。但在后续的使用过程中，陆续暴露了一些缺陷，虽然从本质来讲，这些缺陷对整体运行并未产生大的不良效果，但仍然存在一定的提升优化空间，为此，黄骅港从多个角度入手，对智能堆场系统进行了进一步的升级，主要涉及安全生产、提能增效、人性化操控等方面。

1 自动取料优化

1.1 增加防止悬皮打滑控制方法，有效避免重载停机

悬皮打滑是皮带转速小于驱动滚筒转速的一种现象，一般多出现在雨天、物料湿滑、取料量过大等情况下。悬皮打滑开关实时检测改向滚筒的速度，当检测值小于设定值超过一定时间后，触发悬皮打滑报警，同时停止悬皮。这是一种事后保护措施，可以防止滚筒包胶严重受损、皮带严重受损、摩擦起火等事故的发生，但无法从根本上消除悬皮打滑事件，影响了作业的连续性。

从力学角度分析，悬皮打滑是由于驱动滚筒与皮带之间的摩擦力小于皮带上物料自身重力在反向向上的分力造成的。在无法瞬间改变摩擦力的时候我们可以通过减小皮带上物料量来有效缓解悬皮打滑现象。因此当我们检测到悬皮转速降低后可以通过停止回转来减小取料量，帮助悬皮恢复正常速度。

利用双轮接触式测速装置，一对直径300mm的摩擦轮与上部皮带的下表面接触，测速传感器为光电编码器，内部有一个齿数为60的圆盘和光电装置，每个齿通过光电头，均会产生一个脉冲信号。在配重的作用下摩擦轮与物料承载面皮带实时接触，测速准确，精确度更高。测量精度=3.14*0.3/60=0.0157m/s。

控制策略：首先测量悬皮重载时的转速，多次测量取平均值作为取料时悬皮的正常转速V。取料过程中，当实时采集的悬皮转速小于0.9*V时，禁止回转，恢复至0.95*V以上时，重新开始回转取料；如果悬皮转速持续小于0.8*V超过10s，则认为悬皮打滑无法恢复，停止悬皮和斗轮运行。

1.2 优化塌跺恢复程序，提高作业效率

原有的塌跺恢复程序原理为：当检测到斗轮转速低于设定值持续5s认为发生了塌垛，此时停止回转5秒，如果斗轮转速恢复正常，则继续正常作业；如果斗轮转速未恢复正常，则后退1m，等待5s；如果此时斗轮转速恢复则进车到原来的位置继续作业；如果未恢复则再次后退并报警“塌垛恢复失败”。

此塌垛恢复程序可以实现普通塌垛时的恢复功能，但对于进车过大或者对垛位置不准导致回转过程中吃料过厚造成的憋斗轮效果不佳。因为原有的塌垛恢复程序每次恢复后都会行走至原来的取料位置，不能解决吃料厚度过大的问题，会频繁检测到塌垛、甚至塌垛恢复失败，严重影响了作业效率。

优化后的塌垛恢复程序保留了原来的执行逻辑，只是检测到塌垛后退1m待斗轮转速恢复后，只前进0.5m，从而减少了吃料厚度，有效地避免了频繁发生塌垛，保证了作业的连续性，间接提高了作业效率。

1.3 增加垛底厚度自动调整功能，降低垛底厚度，提高清垛效率

深挖设备潜能，不断优化设备生产工艺，是提高装船效率的重要手段。取料机目前已实现自动作业，自动化作业效率的提升已基本达到瓶颈；但清、攒垛的时间是装船流程效率的另一个制约因素，此项工作尚未实现自动作业，所以其消耗时间越少，流程自动化可协调安排的时间就越多，装船流程效率会有一定的提高。垛底越厚，攒垛就越困难，清垛时间也就越多，所以尽可能减少垛底厚度成为关键。

黄骅港部分取料机已运行十多年，随着设备的不断运转，设备老化现象越来越严重，在不同流量下取料机臂架的下压高度存在较大差异。现场进行了测量，在设定俯仰角度相同的情况下，取料机配煤时的垛底厚度要比单装时厚20公分左右。

因此，根据不同的设定取料流量来自动调整俯仰下软限位的角度值，进而有效降低垛底厚度，减少攒垛、清垛时间，大幅度提高了流程效率。

1.4 增加取料机与轨道障碍物防碰的保护装置，有效保护单机安全

夏季降雨量较多，尤其是在短时间内的强降雨极易造成煤堆大面积坍塌。此外，近两年公司高度重视清洁生产，不断加大堆场洒水量，时常会出现由于喷枪无法转动、长时间冲击同一位置，最终引发煤堆坍塌的事件。以上两种塌垛现象都会导致煤滑落到坝基上，影响取料机的正常行走。如果不能及时发现并处理，就会诱发行走电机损坏、行走钢结构变形等机损事故，不但影响了正常生产，还增加了不必要的维修成本。

随着智能堆场的实施，操作员已撤离单机、夜间视频监护系统图像模糊，煤堆塌垛上坝基等异常情况很难被及时发现。鉴于此种情况，经过多次测试，研制出一套用于取料机与轨道障碍物防碰的保护装置，投入运行。

在取料机左右行走台车外侧的前、后各安装一个弹簧棒型行程限位开关，离地高度20cm。

编程实现防碰保护开关与单机行走命令的连锁：当取料机向前行走，且右前方煤堆发生塌垛时，右前侧防碰保护开关碰触积煤，触发“行走右前防碰保护开关动作”报警，并停止向前行走。

防碰保护装置具有以下两大优点：一是能够及时检测到轨道上的障碍物，并自动采取保护措施，防止发生机损事故。二是由于选用的弹簧棒型行程限位开关具有自动复位功能，因此碰到不影响行走的小型障碍物后可自动复位，远程操控员确认环境安全后可继续作业，避免了现场复位对生产的影响。

1.5 增加远程零位按钮，防止维修时远程误操作

现场设备维修时，维修人员自己会做一些保护措施，如：拉拉绳、拍急停等。但是如果信号失效或者现场保护措施不到位就会产生很大的安全隐患。因此在取料机HMI主界面上增加了一个“远程零位”按钮，按下此按钮后，单机无法进行行走、回转、俯仰、启动悬皮斗轮等操作，并且右上角会显示红黄闪烁的“现场正在维修，作业前请确认”的报警信息，有效避免了因为人员换班对现场不了解导致的盲目操作事件的发生。

2 平顶堆料优化

2.1 空垛时，首列车改为两层堆料

空垛时，首列车只能堆一小堆，有时甚至堆不到13.5m高。此时如果取料机分三层取料，顶层只能取几十吨，严重影响作业效率；如果分两层取，取中层时必然会发生塌垛，不仅影响作业效率还存在安全隐患。

鉴于以上两点，根据垛位堆料情况，将空垛时首列车堆料作业改为两层堆料。首先利用模型传送的数据判断作业场垛是否为空垛，如果是空垛，则设定堆料高度为9.5m，即煤堆到达9.5m堆料机就移动位置，最终形成一个9.5m高的平顶料堆。此时取料机再来此垛位作业时，直接分两层取料，不仅消除了塌垛这一安全隐患，还减少了一次换层过程，提高了作业效率。

2.2 调整顶层堆料时的落臂高度，降低安全隐患

由于堆料机运行年限较长，俯仰性能不佳，偶尔会发生上仰有指令无动作或者上仰动作缓慢等问题。因此顶层堆料时更容易发生因俯仰异常导致触发水银料位计，最终重载停机的事件，也存在发生煤堆埋臂架，诱发机损事故的风险。

因此，对顶层堆料对垛时的落臂高度进行了修正，落臂时直接下降到作业高度，不再继续下降。此项优化工作大大降低了俯仰异常产生的安全隐患，有效地保证了设备的安全高效生产。

2.3 增加地面皮带急停按钮，有效缓解紧急停机时堵漏斗的情况

为了减小异常情况下拍堆料机远程急停的影响，在堆料机操作界面上增加地面皮带急停组合按钮，实现对地面皮带急停的控制。

本项优化在堆料机的远程自动和远程手动操作界面的左侧分别增加两个按钮：“地面皮带急停按钮”和“地面皮带急停复位”。

通过此组合按钮可以分别控制各自地面皮带的急停。当地面皮带急停按钮触发时，在相应单机和中控界面分别添加了相应的报警信息，方便集控员了解此信息，及时做出处理。

3 防碰撞系统优化

3.1 添加防碰撞保护自复位功能

防碰撞系统如果检测到单机执行碰撞命令失效时，会自动触发防碰撞保护需要复位标签，同时移除相应单机的碰撞保护。此时需要管理员登录HMI界面进行复位，相应单机的保护系统才能再次起到碰撞保护作用。如果不能及时复位，单机将处于无保护的状态，增加了单机间碰撞的风险。

通过PLC编程实现单机碰撞保护需要复位标签的自动延时复位功能。当此标签需要复位时，延时10s自动完成复位。将异常的单机重新投入到碰撞保护系统中，极大缩短了单机处于无保护状态下运行的时间。

3.2 添加单机旁路自动消除功能

当单机出现防碰撞报警，无法继续相向运动时，此时集控员可以通过点击操作界面上的相应旁路按钮继续动作，此时单机处于无保护的状态。如果集控员忘记取消旁路、或者班组交替时交接不清，这将是一个极大地安全隐患。

在各单机PLC程序中编写了旁路延时10min自动消除功能。这不仅可以消除旁路一直存在的风险，还能督促集控员在防碰撞保护触发后对单机加强监护，降低了单机发生防碰的风险，提高了单机的作业安全。

4 效果分析

(1）设计防止悬皮打滑控制方法，将传统的事后控制措施改进为事前防治措施，不仅延长了悬皮主要设备的寿命，还有效地避免了重载停机，保证了生产效率。

(2)优化塌垛恢复程序，使其能自动处理进车量过大造成的塌垛事件，不仅保证了作业的连续性，还有效地保护了斗轮机构，间接延长了设备的寿命。

(3)增加垛底厚度自动调整功能，将垛底有效降低了20cm。垛底厚度降低后，清垛时剩余的煤炭量减少了，攒垛次数减少了，攒垛效率提高了，并且攒起的垛位更加规范，这些都直接或者间接提高了取料机清垛效率，节省了作业时间。

(4)增加行走防碰装置，解决了一项重大安全隐患，有效地避免了机损事故的发生，保证了设备安全。

(5)增加远程零位按钮，有效保证了现场维修人员的人身安全，避免了人身伤亡事故的发生。

(6)自动平顶堆料优化不仅降低了自身存在的风险和隐患，还降低了取料机的风险，提高了取料机的作业效率。

(7)防碰撞系统优化大大缩短了单机处于无保护状态下的运行时间，降低了单机间的碰撞风险。

智能堆场优化工作都是结合实际运行情况，不断发现问题、解决问题，针对特定的问题，制定的专门解决方案，有效地解决了实际问题，效果显著。