1 前 言
山钢股份莱芜分公司炼铁厂老区原料场主要负责原燃料的接收、验收、贮存、转运、加工、中和混匀等生产任务，以及为高炉、烧结机、竖炉生产提供原料运输供应。老区原料场分一次料场和混匀料场两部分，共有7台堆取料机。在日常生产过程中，堆取料机与地面大皮带之间没有联锁控制，当一方设备出现故障，另一方设备不能及时停止，易造成皮带压料、堆取料机损坏等故障，给生产造成很大的困扰。另外，由于料场距离长（约450 m），堆取料机供电线路较长，停送电不及时，存在生产安全隐患，影响系统正常生产。随着烧结机及高炉生产能力的提高，进厂原料数量增加，堆取料机由原间歇性运行模式调整为连续运行模式，堆取料机的安全可靠运行尤其重要。堆取料机与地面大皮带之间必须实现联锁控制，缩小故障范围，以降低故障损失程度。
2 设备故障分析
2.1 滑线供电故障
堆取料机通过地面滑线传输方式供电。由于堆取料机道轨、皮带支架地基下沉不均，滑触线随着皮带机支架产生震动，以及滑线安装误差等原因，使得动力滑触线及其集电器支架变形脱落。同时现场物料导电粉尘浓度高、硬度大、磨损严重，滑触线绝缘经常被破坏，易造成短路起火，如果不能及时切断滑线电源，将会导致故障扩大乃至烧毁堆取料机的严重设备事故，威胁岗位人员的人身安全。据统计，滑触线故障率占堆取料机总故障的70%。由于滑线电源在低配室控制，低配室与料场滑线间距离大约500 m，短时间无法停、送电。
2.2 无联锁控制造成的故障
堆取料机与地面大皮带之间没有联锁控制。当堆取料机堆料时出现故障，车上岗位人员要联系主控室停止地面大皮带运行或者联系地面大皮带岗位停止大皮带运行，联系时间长，停机操作不及时，易造成堆取料机事故，严重时会引起堆取料机钢结构变形；当堆取料机取料时，若地面运输皮带出现故障，堆取料机不能及时停止取料，则易造成地面皮带堵料、撒料、压料，甚至拉断皮带等现象。
3 改造方案
造成以上问题的原因在于堆取料机与地面没有建立起应有的数据通讯，彼此之间没有数据联系。项目改造思路：采用智能无线联锁控制装置完成堆取料机与地面的数据通讯，即在堆取料机、滑线、大皮带之间安装无线联锁控制装置。无线联锁控制装置由堆取料机无线通讯站、地面无线通讯站、天线3部分组成。无线通讯站支持点对点或1点对多点使用，负责采集移动设备、地面设备运行控制信号；天线是智能控制装置的附属设备，负责将移动、地面无线通讯站的信号时时发送。
3.1 无线联锁控制装置工作原理
智能无线联锁控制装置采用工业级微处理器和电子元器件，该系统采用信道分离、地址识别、数据代码和校验、接收确认以及抗干扰设计，并采用无线及本地两种采集模式，从而达到工业控制的高可靠性和实时性要求。无线通讯站接收到输入的开关量信号，单片机对其运算和处理，把开关量信号转换频率为 2400DBS 与其发射模块接口协议一致的232信号，以数据包形式通过通讯站发射模块发送，当对方接到信号后反馈1个停止信号，无线发射模块停止发射。无线接收模块以无线方式接收到数据包并进行处理，以232信号传输到单片机，单片机进行信号运算、处理，驱动继电器闭合实现开关量信号的传输，即实现一端开关量输入，另一端开关量输出。
选用点对点的无线通信方式，在1台堆取料机无线通讯站与其他堆取料机无线通讯站之间设置不同的频率及不同的IP地址，避免各机之间的相互干扰；针对料场料堆较高、料场附近电器设备较多的特点，选择高频通讯频段，避免其他通讯设备的干扰，降低发射设备的功率。
3.2 无线联锁控制装置主要特点
1）实时性。其全方向的无线信号发射设计及专用的数据传输频段和不受障碍物的阻碍特性，以毫秒级时间间隔采集数据、校验数据、发射数据信号，保证数据的准确、可靠。
2）高可靠性。该设备采用点对点使用，地面设备只供1台堆取料机使用，增加了可靠性，且传输速度快，从发射出信号到接受到信号只需15 ms，基本无延时。因无主站控制，可避免堆取料机出现**瘫痪。装置采用信道分离，每台堆取料机之间的频率信道间隔在18 MHz，无相互干扰，更加可靠；采用
IP地址识别，在每1套通讯系统之间，在单片机中设置**的IP地址，增加了其可靠性；在每1套通讯装置间发送**的数据代码，通讯站只有接到与设定
一致的数据包才有效。装置在接到正确信号后，自动反馈“停止”信号；若接收不到反馈信号，则装置连续发送信号，以保证始终保持联络状态。
3）装有备用电源以确保运行安全。内置蓄电池备用电源，当外供电断开时，可自动切换由内置电源供电，可保证设备停电后持续供电120 s，以保证状态信息及时发送到对方，避免因设备断电而影响设备的正常使用，提高了设备运行的可靠性。
4）使用频段符合国家要求。使用频带展宽220M～238 MHz，符合国家关于数据传输频率要求，且现场没有同一频率的设备，不发生相互干扰。
5）传输距离长。该设备功率低于1 W，采用内置12 dBi天线，适合远距离传输，其理论传输距离2km，现场实际传输距离1.5 km，完全满足使用要求。
6）环境适应强。该设备按照工业环境设计，主机可在非露天环境、轻微粉尘、潮湿、雨雪、大雾等恶劣环境下使用。
3.3 堆料状态下电气控制原理
堆料时，联锁装置控制原理见图1、图2。
1）联锁启动：车载皮带启动，其运行信号触点闭合，车载无线通讯站发射端X2（车）发射信号，地面无线通讯站接收端K2（地）接收信号，大皮带继电
器KA2线圈吸合，KA2触点闭合，大皮带启动。
2）联锁停止：车载皮带停止，其运行���号断开，车载无线通讯站发射端X2（车）信号中断，地面无线通讯站接收端K2（地）信号断开，大皮带继电器KA2线圈断开，KA2触点断开，大皮带停止。
3）单动启动：SA转换开关闭合（左转），短接车载皮带运行信号，车载无线通讯站发射端X2（车）发射信号，地面无线通讯站接收端 K2（地）接收到信
号，大皮带继电器KA2线圈吸合，KA2触点闭合，大皮带单动启动。
3.4 取料状态下电气控制原理
取料时，联锁装置控制原理见图3、图4。
1）联锁启动：转换开关SA1打到取料状态，大皮带 KA2 线圈吸合，大皮带具备启动条件后启动，其运行信号触点闭合，地面无线通讯站发射端X1（地）发射信号，车载无线通讯站接收端K1（车）接收到信号，车载皮带继电器KA1线圈吸合，KA1触点闭合，车载皮带启动。
2）联锁停止：大皮带停止，其运行信号断开，地面无线通讯站发射端X1（地）信号中断，车载无线通讯站接收端K1（车）信号断开，大皮带继电器KA1线圈断开，KA1触点断开，车载皮带停止。
3）单动启动：SA转换开关闭合（右转），短接联锁接收继电器 KA1 触点，车载接触器线圈吸合，车载皮带单动启动。
3.5 滑线联锁状态下电气控制原理
与安全滑触线联锁时，其控制原理见图5、图6。
1）供电启动：SA2转换开关闭合，短接联锁接收继电器 KA3 触点，滑线供电接触器线圈吸合，滑线供电启动。2）供电联锁：急停按钮SB1闭合，车载无
线通讯站发射端X3（车）发射信号，地面无线通讯站接收端K3（地）接收到信号，滑线继电器KA3线圈吸合，KA3触点闭合，滑线供电运行（SA2转换开关断开）。3）故障停止：滑线故障，操作人员按动紧急按钮 SB1，其紧急信号断开，车载无线通讯站发射端X3（车）信号中断，地面无线通讯站接收端K3（地）信号断开，滑线继电器KA3线圈断开，KA3触点断开，滑线供电停止。
通过其装置实现大型机具与大皮带、大型机具与滑线之间的远距离无线联锁控制，能快速从大型机具上对滑线、皮带进行应急停止，从而满足工业控制的可靠性和实时性要求，保障大型机具和大皮带之间联锁反应的快速与及时性，不但实现节能降耗，而且降低了设备故障率。
4 实施效果
项目实施后，解决了原料场堆、取料移动设备与地面皮带机之间不能同步联锁控制的难题，避免了因设备不能同步控制造成停机等间接经济损失；大幅降低了原料场堆取料机设备故障率，减少了因滑触线故障造成的延误火车卸料现象，确保了原料场矿料的输送畅通。堆取料机设备故障率降低，矿料配比稳定，有利于提高烧结矿质量与产量，综合经济效益达100余万元。
