取料机防过载自动控制方法

王靖宇

秦皇岛港股份有限公司第九港务分公司

1 引言

斗轮取料机是散料输送系统中取装的关键设备，由于目前港口取料机大多由司机手动操作，作业中经常会出现因取料量过大而超过设备设计能力的过载现象，会造成设备损伤、大臂自降、物料转接点的堵塞、皮带机跑偏、沿线物料洒落等严重问题。取料量受走行进车、回转速度、垛形、塌垛等诸多方面影响，尤其在配煤作业时，两取料机流量汇聚下游皮带，很容易造成量大过载。但刚性限制流量又会造成平均流量过低而降低生产效率，不利于节能降耗。为了解决上述问题，设计了取料机防过载自动控制方法，大幅减少了过载与相关故障发生频次，该方法主要内容可以概括为3个方面：第一，研究确定瞬时流量、电流反馈双闭环控制策略；第二，研究并建立多过载模式下的控制方法；第三，增加垛形扫描仪监测控制进车量。

2 流量和电流双闭环控制策略

改造前取料机过载保护是通过综保参数过流保护实现，没有反馈，属于开环控制，严重依赖司机操作。为在设备上实现即便是不同的人员操作，都能让取料流量始终控制在合适的范围内，制定了图1所示的闭环控制策略。

图1 双闭环控制策略

通过分析取料瞬时流量与回转速度、斗轮电流趋势关系，发现流量与回转速度趋势一致，斗轮电流受进车及垛形影响大。所以将回转速度确定为主控制变量，将皮带秤瞬时流量和斗轮电流作为反馈，同时安装垛形扫描仪监测防止进车过大，建立流量、电流双闭环控制策略，通过参数设置，可以选择过载超前或滞后控制，降低回转速度或停止回转防止过载发生。

3 多过载模式控制方法的建立

过载设备包含取料机单机和双取料机配煤流程作业时的下游皮带机，作业流程分为单取和配煤，配煤流程中又包括有比例配煤和无比例配煤[1]。由于作业流程的多样性与过载设备的不同，将控制方法概括为多过载模式控制方法，方法通过5个部分实现：确定单机最大允许瞬时量；计算速度系数；斗轮运行电流反馈控制；瞬时流量反馈控制；进车量控制。

3.1 单机最大允许瞬时量

单机最大允许瞬时量在单机取料时以取料机设计能力6 000 t/h设定，配煤时根据配煤比例和下游皮带机设计能力8 000 t/h进行分配。根据配煤取料机的目标量计算配煤比例[2]，例如1∶3比例配煤，则取料机R1设定为2 000 t/h，R2设定为6 000 t/h。无比例配煤按照0.5比例系数分配。如果按比例分配后，单机最大允许瞬时量大于6 000 t/h，则取上限6 000 t/h。为了避免小流量情况，最大允许瞬时量小于2 000 t/h时取2 000 t/h。

3.2 速度系数计算

对于配煤作业，取料机瞬时取料量会小于单取，需要修正速度系数，设定回转速度上限。配煤作业时，将配煤比例系数乘以回转速度理论最大值作为回转速度上限。这样就能防止司机误操作引起的回转过快、取料量过大情况出现，降低频繁触发防过载限制条件次数，保证取料的平稳性。

3.3 运行电流反馈控制

改变斗轮综保的通讯方式，通过DP通讯，将斗轮电流数据引入控制系统，当斗轮电机持续超过其70%的额定电流时，便认为取料机流量超限，当前取料机进入减速模式，速度减低为最大值的10%，直至电流恢复正常。通过这样的限制程序设计，可以大大降低单取流程的超载作业情况，起到保护设备结构的作用。

3.4 瞬时流量反馈控制

由于皮带秤瞬时流量采集具有延时，当监测到过载时，需持续一段时间，这个时间可以灵活设定，如超载1 s启动回转减速条件，速度降低为当前值的60%，直至恢复至合理范围。当过载触发时间过长，则停止回转，保护设备。

3.5 进车量控制

为解决进车量问题[3]，通过选型比较，采用Sick的LMS511的激光扫描仪。LMS511室外型激光扫描雷达，其主要用于室外车辆轮廓扫描、港口设备定位、轮廓扫描及防撞、地图扫描、散货体积测量、无人车导航、安防追踪及区域防护等。通过现场的实际调研，为防止该传感器被煤垛刮掉、被中水腐蚀，尽量减少现场恶劣条件对于传感器伤害，将传感器安装到司机室下方及对称位置。通过传感器自带软件可以看到现场扫描情况，图2中曲线为扫描到的煤垛形状。通过LMS511自带的数据线，将垛距实时传输到取料机PLC内，保证取料机进车量不会深入煤垛过大。

图2 现场扫描情况

4 应用效果

通过以上技术方案的逐一落实，实现了取装作业流程中单取作业和双取配煤作业防过载的自动控制。自2019年三季度起运用该控制方式后，再次统计取装流程中下游皮带过载的次数和设备高压跳闸的次数，两项指标同比均大幅降低(见图3、图4)。

图3 超载次数统计

图4 高压跳闸次数统计

随机抽取取料机和下游皮带机皮带秤的瞬时流量曲线。取料机瞬时流量基本保持在6 000 t/h以下，超越时马上被修正恢复到正常范围内(见图5)。下游皮带机瞬时流量基本上保持在4 000～8 000 t/h这一合理范围内，流量分布均匀，大于8 000 t/h和小于2 000 t/h的情况很少出现(见图6)。由此看出，取装作业流量防过载自动控制方法有效地减少了过载发生次数，降低了超载对设备带来的伤害，达到了自动控制的目标。

图5 取料机皮带秤瞬时流量曲线

图6 下游BM皮带机皮带秤瞬时流量曲线

本项改造每年可减少超载引起重载停机20余次，节约电能超过8 000 kWh。根据设备运行统计，2019年度取装平均流量为3 827.57 t/h，改造后的2020年取装平均流量为3 872.34 t/h，对比2019年下降了1.16%，年均节约电能约33万kWh，节约电费约256 880元。同时减少因皮带磨损需更换的皮带约1 200 m，节约备件成本125万元，同时年均降低取装故障时长约10 h，增加效益为580 800元。

5 结语

通过对这项技术的研究，解决了取装作业流程频发流量过载及相关故障的一系列问题，实现了防过载自动控制，达到了精细化、自动化的配煤要求。该项目已推广应用至煤五期所有的取装作业流程中，经济效益明显。若将此方案推广至干散货港口设备中，不但能降低设备故障率，还可提高设备的利用率，延长设备的使用寿命，确保设备安全稳定运行，减少堵斗、沿线洒落的发生，在保证货主利益的同时，也提高港口效益。