翻车机系统程序化控制的研究与应用
摘 要：通过将翻车机系统由继电器控制改为可编程控制器控制，实现了翻车机系统的全自动化运行，提高了翻车机系统的可靠性。
关键词：火电厂；燃料输送；煤场；翻车机
西柏坡发电有限责任公司设计总装机容量为2 400 MW ，一期工程为4台300 MW机组，随着机组逐步投入运行，对燃料需求量的不断加大，能否将入厂煤及时转运到煤场并输送给锅炉成为影响机组安全的重要环节。一期工程共安装两套翻车机系统，由武汉电力设备厂生产的CFH-2型(侧倾式)翻车机，ZDC-45型(齿条传动)重车调车机，KSS-8型(钢丝绳传动)空车调车机，QTS-30型(钢丝绳传动)迁车台及其附属设备组成，每天卸煤约10 000 t，按每列48节车厢计算，每天需卸煤约4列。
1系统现状及问题
西柏坡发电有限责任公司翻车机系统原采用继电器联锁控制。操作方式为单台设备就地联锁及就地解锁操作，从启动重车调车机→翻车机翻车→迁车台→空车调车机→将空车编列到空线等环节都是靠运行人员在操作台上一步步实现的。加之#1、#2翻车机系统本身又存在差异，即：#1重车调车机采用不调速马达驱动，制动采用能耗制动加机械制动；#２重车调车机则采用可调速马达驱动，其调速系统采用定子调压系统进行控制，制动采用的是反接制动加机械制动。重车调车机、空车调车机行走位置及翻车机翻卸角度均采用主令控制器控制，而主令控制器调节精度低、故障率高、维护量大。所以对于整套翻车机系统若沿用原始的继电器连锁控制系统不仅运行人员劳动强度大，而且极不安全。按目前每天燃煤10 000 t计算，运行人员必须做到每6 min就翻一节车皮，劳动强度很大。为了提高翻车机系统的控制水平和可靠性，把人为因素和设备因素引起的故障控制到最低限度，对翻车机系统进行了程序化控制改造。
2程序化控制系统的构成
2.1硬件构成
在翻车机程序化控制改造中，采用了日本生产的OMRON-C200HG-42型的可编程控制器(PLC)作为控制的中心环节，系统图如图1。用PLC程控器完全取代了原来控制系统中以继电器为主的电气二次控制部分。采用PLC具有可靠性高、维护工作量小、控制组态灵活、控制精度高且有较强的可扩展性等优点。
OMRON-C200HG-42型的可编程控制器系统由CPU机架、I/O模块、控制输出接口(即B7A链接终端)、外围功率放大回路以及工作电源等组成。监控机与PLC可编程控制器的连接串行口来实现。设备监控机的目的是用来对PLC可编程控制器进行系统生成、组态、调试、修改以及对PLC的运行状态进行监控，同时在处理现场缺陷时可根据反馈的信号及I/O点的状态准确地进行定位并处理。
2.2软件构成
本系统中PLC采用通用的PLC梯珙图来进行软件的编程。监控机采用了OMRON的SYSMAC-CPT软件来进行编程和监控，该软件在使用中非常方便，不仅可以监控程序的运行状态，而且可以进行在线编辑。该软件的最大方便之处在于可将PLC内部的线圈和I/O用汉字进行标注，并且只需标注一次，程序中所有相同的内部线圈及共接点都会被标注上。这从根本上解决了过去那种一边看程序一边查I/O点表的情况，极大地方便了程序的解读工作。
为了提高程序的灵活性、智能性及可操作性，在程序的编制中重点处理了以下几点。
2.2.1任意位置的程序停止
程控翻卸的过程中难免会出现一些故障或问题需要停止程序步序而进行处理，如煤篦子堵皮带系统故障等问题。当故障或问题处理完后，就要求程序按停止前的状态连续运行。按以往的方法只能将程序重新复位（或PLC自动复位），整个过程从头开始。但在这次翻车机的程序化控制改造中对程序进行了特殊处理，即在程序中将系统运行过程中所有的输入、输出信号都做了记忆处理，这样即使程序停止一段时间，再次启动程控运行时设备仍会按停止前的状态重新继续运行，而不受程控停运位的影响，增强了程控的灵活性和可操作性。
2.2.2最后一节车的处理
这套程序对最后一节车箱做了程序上的处理，使最后一节车卸完煤后重车调车机不必再重复牵车的动作而是直接将车皮推到迁车台上。程序设置为当重车调车机将重车线上最后一节车牵引上后，从开始牵车到抬臂接车的整个过程中按“最后一节车”按钮，这时重车调车机将最后一节车皮直接牵到翻车位处停止，抬臂返回后再直接将翻卸的空车推到迁车台上，随即再将空车编列到空车线。这时程序将所有设备复位，为翻下一列车做好了准备。
2.2.3所有设备的单独操作均可在翻车机集控室完成
配合电视监控系统所有设备的单独操作均可在翻车机集控室完成，这样在处理问题的过程中，翻车机的操作人员可以更好地把握整个翻卸过程。
3改造中采取的技术措施
为保证现场信号的可靠性，在改造中选用了日本OMRON公司生产的外围传感元件作为现场的一次元件，同时重点做了以下改进。
a. 采用B7A链接终端B7A链接终端是一种智能端子，它是一种特殊的I/O模块，它可将由外部要输入到PLC的一组I/O点(现为8个)信号进行编码处理，然后用一条信号线将就地一组I/O点信号与PLC主机实现通讯连接。同样PLC输出的一组信号通过信号线输出到B7A链接终端，经过解码处理后再去控制就地的设备。它的使用改变了过去那种外围信号的输入、输出必须每点都经过长距离电缆接入主机的缺陷，这样即可节省电缆，同时也有效地解决了外界干扰及接线不良等问题，大大提高了系统的可靠性。对于翻车机系统这样一个系统庞大、控制方式复杂、强电冲击大的系统而言采用此控制方式更显得重要。
b. 采用光电编码器取代主令控制器光电编码器是一种将设备的单位位移量或角度量转化为电脉冲信号，并传送至PLC，通过PLC的累加及累减，从而实现对设备位移或角度控制的传感元件。由于光电编码器内的光栅轮每旋转一圈可以发出20～40个电脉冲，可将光电编码器发出的代表某设备行走位置的电脉冲信号输入到PLC，通过PLC计算与设定值进行比较判断后，实施对该设备的控制。运行实践证明，采用光电编码器后对重车调车机及空车调车机行走距离的控制精度可达到5 cm以内，翻车机翻侧倾角度可控制在(1/3)°以内。为了消除光电编码器的累计误差，在设备的运行过程中加入了一个标准位置，它的作用是在设备运行到一个固定点时强制将一个设定值输入到PLC中，取代现有的光电编码器的输入值，这就保证了光电编码器在每一次的记数中都会很精确。
c. 采用光电开关检测车皮到位情况空车皮是否能上迁车台在系统翻卸过程中是关键一环，如车皮不能完全上迁车台就有可能造成车皮的脱轨。为了判断空车皮是否完整地上了迁车台，在迁车台的入口处安装了一个反射式光电开关，空车皮车轮通过时就会发出一个信号，并在迁车台的远端安装了一个对射式光电开关，如果空车皮将光电开关挡住，这时PLC就认为迁车台上有车皮；如果第一个开关已检测到有车轮通过，而第二个开关未检测到车皮，这时PLC就认为有车皮在迁车台上，但车皮未完全上迁车台。于是PLC就禁止重车调车机向迁车台方向运行，以免发生车皮掉道的危险。
d. 采用光电开关减小在重车调车机接车时的撞击由于#1重车调车机是不可调速的，为了减少重车调车机和重车皮的撞击，使机械部分所受的力减到最小，保证机械部分不至损坏，在重车调车机的大臂上加装了一套测距装置，该装置的工作原理与迁车台远端的对射式光电开关的工作原理类似。当重车皮靠近重车调车机的大臂在一定距离时，光电开关发出信号，通过PLC使重车调车机停车而依靠其惯性滑向重车皮直至挂上车钩。
4系统控制方式
本次改造是将翻车机的控制方式设为4种，4种控制方式的转换均可以在运行人员程控台上切换完成。
a. 调试方式通过设置就地操作台和集控程控台上的相应按钮直接控制各设备运行，在调试方式下，控制逻辑只设有必要的联锁，如翻车机在翻卸中重车调车机不能在落臂状态下牵车。这种方式一般只在检修或调试时使用。
b. 手动控制方式通过就地操作台和集控台上的相应按钮直接控制各设备运行，在此方式下设备之间的相互联锁完全保留，并增加了在重车线时迁车台上有车才能向空车线运行的联锁。
c. 程控单循环方式通过PLC可以实现单节车皮的翻车并将空车皮编列上空车线，全过程为自动控制。联锁条件与手动控制方式相同。
d. 程控连续循环方式通过PLC可以实现整列煤车的调车、翻卸、重新编列上空车线的自动控制。联锁条件与手动控制方式相同。
在系统的控制过程中，有一点是无法自动实现的，即人工摘钩，这是本系统在程控连续循环方中唯一需要人工参与的一点。
在集控操作台、各就地操作台及关键部位(人工摘钩位、空车线处)都加装了急停按钮，以便在运行中发现故障时紧急停运设备。整套翻车机系统的程序化控制工艺流程图及联锁条件见图2。
5改造后的运行效果
翻车机程序化控制改造后，经过近半年的运行，效果显著。
a. 改造后的翻车机系统的翻车效率最高可达到25节/h，减轻了运行人员的劳动强度，杜绝了人为事故的发生，提高了劳动生产率。
b.由于在程序中加入了系统可任意停止以及对最后一节车处理的功能，使整个程控系统的灵活性、可操作性及实用性大大加强。
c. 由于用PLC控制取代了继电器控制部分，使控制系统的电气二次部分维护量大为减小，进一步提高了设备的利用率。
d. 设备电气部分发生缺陷时利用监控机可以及时准确地找到故障点，大大缩短了消除设备缺陷的时间。