皮带卸料小车控制系统的改造与应用

何忠　王明洁

【摘要】本文针对皮带卸料小车在日常运行状态下，与其配套搭载的移动电缆滑线小车存在故障率高、维修难度大、维护成本高等问题，设计采用电缆卷筒供电方式结合无线蓝牙传输技术实现皮带卸料小车稳定供电，降低了设备维护成本，提高了设备利用率。

【关键词】卸料小车；蓝牙；自动控制

1、皮带卸料小车简介

1.1 用途及其重要性

皮带卸料小车是化工生产过程中输送系统必不可少的布料设施，其作用是将给料皮带机上的物料按照指令布料于指定的料仓中。卸料小车在实现多料仓布料过程中，需要沿着给料皮带机运行方向往复行走，为卸料小车供电的移动电缆滑线小车同样沿滑线往复行走。在此过程中，移动电缆滑线小车供电的稳定性，直接影响整个系统运行的效率，而移动电缆滑线小车的返修率同样影响着整个系统的设备维护成本。

1.2 结构组成

目前，皮带卸料小车因具体使用工段不同，结构存在微小差异，但大体结构相同，机械设备包括送料皮带、收尘罩、卸料可逆皮带、小车轨道、送料皮带架等，电气设备包括卸料小车驱动电机、卸料可逆皮带驱动电机、小车抱闸线圈、皮带跑偏开关等，示意图如图1所示：1、送料皮带 2、收尘罩 3、卸料可逆皮带 4、跑偏检测开关5、小车轨道 6、送料皮带架 7、旋转编码器

2、存在的问题及其原因分析

2.1 存在的问题

我厂卸料小车配备的控制柜位于低压配电室，供电电缆采用3根三芯柔性电力电缆和2根两芯柔性信号电缆，这5根电缆通过滑线小车与卸料小车连接，并随卸料小车在小车轨道上移动，这种供电和信号传输方式导致滑线小车和电缆频繁出现故障，由此引发DCS控制系统无法实现卸料小车的精准定位。在实际生产操作过程中，操作人员在现场使用“手动”按钮控制卸料小车实现对不同料仓的卸料，此操作需要操作人员现场看护卸料小车是否到位，而卸料现场环境极差，高粉尘和高噪音严重影响操作人员的身体健康，除此之外，连续的“手动”控制卸料小车，操作人员不能及时掌握料仓的料位，导致进料不均衡，影响后续上料系统的运行，无法充分发挥DCS控制系统的优势。与此同时，由于卸料小车供电系统频繁的出现故障，增加维修设备的劳动力投入，提高了维护成本，且电工在维修设备时需架设梯子，属于高空作业，存在安全隐患。

2.2 原因分析

经对我厂不同工段卸料小车出现故障的原因分析，主要有以下两条：1. 新疆冬天天气比较寒冷，厂区内面积较大的布料厂房无供暖设施，在此情况下供电电缆和信号电缆因频繁的拉升和弯曲运动造成绝缘开裂破损，使供电系统短路或接地。2.我厂生产原料主要为石灰和焦炭，在布料过程中会产生大量的粉尘，使滑线小车轴承干涩抱死，造成电缆被拉断或挤断。

3、改造方案详述

3.1 设计思路

基于以上原因，根据现场实际，对小车动力电源用电缆卷筒供电的方式进行创新应用、替换改造，并将控制箱安装到卸料小车上，只对卸料小车提供一路三相四线电源；所有的电机控制信号、位置信号通过改造用无线通信技术替代现场柔性信號电缆。

3.2 设备选型

针对以上方案的改造思路，设计用电缆卷盘替代目前的电缆供电方式，用无线传输设备替代柔性电缆，对二者的选型如下：

电缆自动收发设备又称电缆卷盘或电缆卷线器，以其安装空间小、维护方便、使用可靠及成本低等特点取代滑触线而成为移动传输领域（动力、数据及流体介质）的主流解决方案。电缆卷线器的技术难点是要保证卷绕速度与设备移动速度的同步，同时还要保证卷绕过程中电缆所受拉力适中，本次设备选型满足以下现场需求条件：（a）电缆规格及种类：YC3*4+1*2.5；（b）卷绕长度：50米；（c）设备移动速度：0-25米/分钟；（d）应用方式：水平安装方式、单端出线方向。

无线传输设备需检测小车的不同状态信号，包括启停信号、工作状态信号、故障信号、抱闸信号、小车位置信号等，根据现场的工况和实际需求，采用一对菲尼克斯无线MUX模块实现16个数字信号和2个模拟信号的双向传输，取代目前的信号电缆。该模块支持IEEE802.15.1蓝牙标准的1.2版本，运行于国际认可的2.4G免费频段，不会与附近的任何WLAN802.11.a/b/g网络发生干扰，且2.4G频段远离工厂常用的变频、弧焊等不同设备的工作频段和谐波频段，该模块使用的跳频扩频蓝牙通信协议确保了通信的实时性，增强了系统抗干扰能力。

除此之外，为完善当前的DCS控制，最大限度实现远程控制卸料小车，设计采用安装在卸料小车驱动轮上的旋转编码器对卸料小车位置进行检测，并结合固定位置上的接近开关信号对卸料小车的位置进行校正，避免卸料小车在启动和刹车过程中，因滑动而产生的编码器检测位置偏差；对于料仓内物料高度，选用E+H240雷达料位仪进行检测。

3.3 效果分析

卸料小车供电方式改造完成后，大大减少了维修电工的劳动量，降低了劳动难度和劳动强度，同时节约了设备维护成本；对料位仪的改造实现卸料小车可根据料仓位置的高低，自动选择较低料位的料仓进行布料；卸料小车位置的自动校正实现了小车的精准定位，误差不超过50mm。新系统投运以来，充分发挥了DCS自动控制系统的优越性，实现了远程操控，避免了操作人员现场操作引发的环境问题和安全问题。

4、结论

皮带卸料小车控制系统的顺利改造，解决了电石生产过程中困扰原料输送的一大难题，是无线传输技术与传统电气设备的成功融合。在后续生产过程中，仍有其他方面需加以改进：（a）基于现场环境的原因，控制箱体的密封性和防护等级需要提高，后期计划将现场控制箱体门用螺丝固定，不再采用电工锁；（b）所有进出线接口采用航空插头连接，取消用穿线孔，防止粉尘进入控制箱内，影响系统安全可靠运行和电气设备寿命；（c）另外需提高电工维护人员的维护技能，派专人进行专项培训，以增强改造后对供电和信号无线传输设备的检修力量。