蔣亞琪

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

煤炭鐵路運(yùn)輸噴灑作業(yè)設(shè)備自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例

蔣亞琪

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

冬季煤炭鐵路運(yùn)輸需要向空車中噴灑防凍液，以防止煤炭與車體凍結(jié)。為減少路途中損耗、保護(hù)環(huán)境，煤炭裝車后，要在上表面噴灑抑塵劑。許多作業(yè)點(diǎn)設(shè)專人噴灑作業(yè)，在經(jīng)過設(shè)備改造后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴灑，節(jié)約人工成本及藥劑。

噴灑作業(yè)；自動(dòng)化；節(jié)約

0 引言

煤炭鐵路運(yùn)輸時(shí)，冬季為防止煤炭中所含的水分低溫時(shí)將煤炭凍結(jié)在車廂上，造成卸車?yán)щy，在裝車之前，需要向空車中噴灑防凍液，將煤炭與車廂隔離。

由于是敞車運(yùn)輸，在列車高速行駛時(shí)，表面的煤炭會(huì)在沿路飄散，不但會(huì)有大量損耗，還會(huì)污染鐵路周邊環(huán)境。因此在煤炭裝車后，發(fā)運(yùn)企業(yè)要在煤炭表面噴灑一層抑塵劑，使表面固化，解決損耗與污染問題。

1 自動(dòng)化改造前的設(shè)備使用狀況

本方案的自動(dòng)化改造在內(nèi)蒙古李家塔煤礦鐵路快速裝車站實(shí)施。防凍液與抑塵劑噴灑設(shè)備原理、形式一模一樣，區(qū)別在于防凍液是在裝車前向空車皮內(nèi)噴灑，抑塵劑是在裝車后向煤炭表面噴灑。噴灑設(shè)備為旋轉(zhuǎn)擺臂式。停止作業(yè)時(shí)，擺臂與鐵路走向平行；執(zhí)行作業(yè)時(shí)，旋轉(zhuǎn)擺臂與鐵路垂直。李家塔煤礦最初安裝的噴灑設(shè)備，其旋轉(zhuǎn)、升降是通過一套液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓油缸來動(dòng)作的。使用期間，發(fā)現(xiàn)這套設(shè)備主要有以下缺點(diǎn)：

（1）油缸動(dòng)作速度較快，導(dǎo)致擺臂在旋轉(zhuǎn)、升降時(shí)慣性大，動(dòng)作到位后會(huì)對(duì)相關(guān)各機(jī)械部件有很大沖擊，易變形、損壞，導(dǎo)致日常維修量大，設(shè)備故障率較高。

（2）氣溫較低時(shí)，液壓站油液粘度變大，設(shè)備動(dòng)作緩慢，易造成漏噴事故。

（3）兩車廂空當(dāng)通過噴灑點(diǎn)時(shí)，需要停止噴灑泵電機(jī)，電機(jī)頻繁啟停，易損壞。

（4）設(shè)備由專人操作，自動(dòng)化程度差，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2 噴灑設(shè)備自動(dòng)化改造方案

本方案主要針對(duì)上述幾個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，防凍液與抑塵劑噴灑系統(tǒng)應(yīng)用同一方案。

（1）為杜絕油缸動(dòng)作沖擊力大的缺陷，不再選用液壓系統(tǒng)，而是將升降、旋轉(zhuǎn)兩個(gè)動(dòng)作通過電機(jī)—減速機(jī)實(shí)現(xiàn)。由一臺(tái)電機(jī)通過減速機(jī)、絲杠帶動(dòng)噴灑擺臂升降；另一臺(tái)電機(jī)通過減速機(jī)、齒輪帶動(dòng)噴灑擺臂旋轉(zhuǎn)。絲杠、齒輪的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作平穩(wěn)，啟動(dòng)停止時(shí)沖擊小，可以準(zhǔn)確的在任意位置停止，冬季動(dòng)作較為靈活、可靠，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的意圖。

（2）改造噴灑操作臺(tái)電氣線路，編寫梯形圖控制程序，控制擺臂位置及液體噴灑。

首先將原來噴灑操作臺(tái)內(nèi)的控制線纜根據(jù)實(shí)際需要接入PLC模塊，按照日常噴灑作業(yè)的流程編制合理的自動(dòng)化控制程序。

然后在升降絲杠、旋轉(zhuǎn)齒輪的有效行程內(nèi)安裝接近開關(guān)。絲杠位置安裝5個(gè)接近開關(guān)，根據(jù)日常散貨運(yùn)輸敞車車廂的高度進(jìn)行設(shè)置，分別為最高位、C80位、C70位、C64位、最低位。

這些接近開關(guān)的作用是：選擇車型后，使噴灑臂停在固定的高度，最高位與最低位作為對(duì)絲杠的保護(hù)，防止絲杠旋轉(zhuǎn)至兩端頭時(shí)出現(xiàn)卡阻。在擺臂旋轉(zhuǎn)齒輪位置安裝2個(gè)接近開關(guān)，用于控制噴灑擺臂停留在在工作位置與停放位置，擺臂在90°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在鐵路一側(cè)，安裝兩組反射式光電傳感器，通過光電信號(hào)，檢測(cè)列車車廂的位置，判斷是否進(jìn)行噴灑。兩個(gè)傳感器間距需要小于車廂之間的空檔距離，才能確保空檔通過噴灑位置時(shí)，噴灑電磁閥關(guān)閉，避免浪費(fèi)液體，減少周邊環(huán)境污染。

將這些傳感器的動(dòng)作信號(hào)反饋到PLC的輸入模塊，參與程序的運(yùn)行，最后通過輸出模塊控制各執(zhí)行元件的啟停，如圖1所示。

圖1

（1）為避免煤炭水分大造成車廂內(nèi)有大塊凍煤，本次改造在裝車溜槽周圍加裝了防凍液噴灑管路。在向車廂放煤的同時(shí)，向煤流中噴灑防凍液。利用裝車閘門的開關(guān)信號(hào)，控制溜槽噴灑管路的開關(guān)。

（2）安裝了液體回流管路，噴灑電磁閥與回流管路電磁閥為互鎖關(guān)系，在列車兩車廂空當(dāng)通過噴灑點(diǎn)時(shí)，噴灑電磁閥關(guān)閉，回流管路電磁閥打開，使液體回流至儲(chǔ)液罐，而不必停止噴灑泵電機(jī)，杜絕了噴灑泵電機(jī)頻繁啟停的現(xiàn)象。

（3）用組態(tài)軟件制作操作畫面，并集合到快速裝車系統(tǒng)集控室上位機(jī)操作畫面中，由裝車操作員在上位機(jī)界面上操作噴灑設(shè)備。不再設(shè)立噴灑設(shè)備操作員崗位。

3 自動(dòng)噴灑設(shè)備的操作

如圖2所示，首先點(diǎn)擊“自動(dòng)噴灑”按鈕，然后點(diǎn)擊“車型選擇”，這時(shí)升降電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，擺臂升至所選車型高度后，升降電機(jī)停止，旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，使擺臂旋轉(zhuǎn)至噴灑位置，噴灑泵啟動(dòng)，當(dāng)兩組光電傳感器信號(hào)均被車廂阻擋時(shí)，控制噴灑的電磁閥的打開，開始噴灑液體；當(dāng)有一組光電傳感器信號(hào)被阻擋，另一組信號(hào)暢通，控制噴灑的電磁閥的關(guān)閉，停止噴灑液體。

裝完車后點(diǎn)擊“系統(tǒng)停止”按鈕，噴灑泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)擺臂旋轉(zhuǎn)至停放位置，然后降至最低位，噴灑作業(yè)結(jié)束。

操作畫面中，設(shè)置了“手動(dòng)操作”按鈕，當(dāng)自動(dòng)噴灑操作出現(xiàn)故障時(shí)或應(yīng)急狀況，可隨時(shí)使用手動(dòng)操作區(qū)按鈕切換至點(diǎn)動(dòng)操作，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2

4 應(yīng)用后的效益

（1）經(jīng)過自動(dòng)化改造后，由裝車操作員兼任噴灑操作工，減少3名操作人員，每年可減少工資支出10萬余元。

（2）相較于未改造的設(shè)備，新型的設(shè)備故障率較低，減少了維修工作量，可靠性也有了明顯的提升。

（3）噴灑電磁閥的啟動(dòng)、停止由光電傳感器控制，保證了良好的噴灑效果，杜絕了人工噴灑出現(xiàn)的噴灑量不足和過量噴灑的現(xiàn)象，減少了藥劑的浪費(fèi)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

[1]范國偉.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].人民郵電出版社，2013,2.

[2]周真，苑惠娟.傳感器原理與應(yīng)用[M].苑惠娟出版社，2011,7.

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