何倩

（常州铁道高等职业技术学校，江苏常州，213117）

1 技术改造背景

石灰窑除尘系统在绞龙输送机基础上改造成刮板输送机，新加入了4台星型卸灰阀。主体设备改造后，仍然延续之前的手动操作方式。虽然在输灰方式上做出了改变，降低电机负荷，降低了堵料、叶片卡死等情况的发生概率。但是由于操作方式并没有改变，仍存在一系列问题。

第一个问题就是操作环境。除尘车间的粉尘十分密集，即使有3M口罩防护，人员长时间在车间内，就会出现明显的呼吸道不适感。

第二个问题是操作繁琐、频繁。由于设备只有手动操作，操作顺序一步都不能错、不能乱，一步出错很有可能使得设备过多加料而造成堵料，这就要求操作人员对现场设备运行流程十分熟悉，而且每隔一定的时间就要进行一次操作，过于频繁的操作将降低人员的操作意识，易发生安全隐患。

第三个问题是不适宜现代工业自动化的生产现状。虽然，运输机只是整个除尘系统的一个小环节，但是对整个除尘效果也起着关键的作用，使其自动化作业迫在眉睫。

第四个问题是维修时间问题。PLC自动控制系统一经检视，故障点一目了然，可以大大的缩短维修时间的情况。手动操作过于低端，操作箱内线路盘根错节，不利于维修。往往一个小问题都要半小时到一小时的维修时间。

所以，在刮板运输机刚刚改造完成，新的改造计划就开始了—对刮板输灰机及星型卸灰阀进行基于PLC的技术改造。

2 技术改造方案

■2.1 技术改造主要思路

本次技术改造是针对刮板运输机机及新加的4台星型卸灰阀设备加入西门子PLC，进行自动化控制。其控制原理分为手动与自动2个部分。在手动情况下，通过现场操作箱进行操作或通过新建的WinCC画面进行操作。在自动情况下，则是通过西门子PLC 的编译程序顺序，进行自动运行。

■2.2 技术改造方案难点及解决方案

本次技术改造在计划方案时，就遇到了诸多问题，下面就对本次技术改造的难点及解决方案做简要的说明：

第一、本次刮板运输机自动化技术改造项目，任务是针对设备进行自动化设计，所以新设备的自动化运行程序编译、WinCC画面制作及现场图纸设计就是面临的首要问题。

针对这一问题，查阅刮板运输机的工作流程，通过运行步骤结合现场实际情况，自主编译了刮板运输机及卸灰阀程序，并设计WinCC画面及现场电气图纸，顺利解决这一难题。

第二、以前的运输机电缆可适用于刮板运输机的使用，但新加的4台卸灰阀需要重新铺设，既经济又适用的电缆选型和电缆能否顺利铺设，铺设路线是否合理是面临的第二问题。

针对这一问题，通过资料查阅，详细了解电机电缆选型，并针对设备具体型号进行比对。再进行现场勘查，熟悉现场电缆桥架走向，做好记录工作，可顺利解决。技术改造时间有限，必须力争在开工之前就做好完备的理论基础及计划方案功课，并提前上报需使用的电缆数量，争取为技术改造节省时间，尽快使设备投入使用。

第三、以前运输机的操作箱可适用于刮板运输机的使用。四台卸灰阀的操作箱则需要重新设计，发外制作一方面涉及成本，另一方面，不利于设备维护人员的检修及提高。而自主设计制作，则略显信心不足，这是面临的第三问题。

针对这一问题，经过慎重思考决定还是自主设计并制作卸灰阀操作箱。一方面节约技术改造成本，另一方面，在设计、制作过程中通过再学习，再实践，可提高自身专业技术水平。最关键的是，自主制作操作箱对检修和维护百利而无一害。

第四、除尘系统的PLC的I/O点位不够，经慎重决定，可以通过扩展现场PLC的I/O模块，使用现有的一切备件资源，解决这一问题。

当然，在技术改造过程中遇到的困难远不止这些，但在群策群力之下，都一一克服了。

3 技术改造的具体实施

■3.1 铺设电缆

刮板运输机的电源线和控制电缆线用原先的代替，四台星型卸灰阀的电机线和控制电缆要重新铺设。卸灰阀的电机功率为2.2KW,根据电机电缆选型口诀可知3×2.5+1×1mm2的橡胶电缆满足要求，控制电缆是到现场操作箱的，选择14×1.5mm2带屏蔽的信号线。放线很方便基本上走的都是现有的电缆桥架，没有桥架的部分地方穿管铺设。由于前期计划周密，铺设电缆方面没有遇到任何的障碍，顺利完成。

■3.2 硬件设计

3.2.1 电路电气图纸的设计

刮板运输机的操作箱图纸由自主设计完成，大致的工作原理如下：

（1）现场转换开关打在机旁档位，现场可以控制任意一台刮板电机和卸灰电机运转，其电气原理图就是电机启停电路；现场转换开关打在远程档位时，此时现场操作箱失效，无法控制刮板机和卸灰电机。

（2）工控机WINCC画面又分两种工作方式，手动和自动，当任意一台刮板机或者卸灰电机选择手动控制方式时，可以点击画面上的启、停按钮来控制他们，当选择自动控制方式时，此时刮板机和卸灰阀是靠程序自动运行的，里面有许多联锁，当任意一条刮板机停止运行时，与其相关的卸灰电机就会停止运转。

3.2.2 操作箱设计

新增卸灰阀操作箱有两种工作制：机旁和远程，操作箱上的转换开关打在“机旁”档位，就可以在现场操作箱上通过“开”和“停”的按钮手动控制卸灰阀；转换开关打在“远程”档位，就可以通过WinCC画面和程序控制卸灰阀动作。因此每台卸灰阀都有一个“机旁”和“远程”的转换开关，“开”和“停”两个按钮，所以操作箱上有4个转换开关和8个按钮。

设计遵循防雨、防灰的原则,操作箱需安装在合适的位置上。

3.2.3 软件设计

（1） 扩展I/O模块的安装

因为原来的除尘系统的I/O点用完了，必须扩展I/O模块。需准备的东西有：两个SM信号模块、一个IM接口模块、PROFIBUS总线及DP接头、导轨等。首先先将所有的模块按顺序固定在导轨上，从左到右依次为：IM、DI、DO，然后再通过PROFIBUS总线建立与CPU的通讯连接，如果有多个分站用PROFIBUS连接的话，必须保证只有最后一个分站的DP头上的开关打在“ON”的状态上，前面所有的DP头上的开关打在“OFF”的状态上，否则CPU会报“BF”总线故障。然后，对其进行组态，使其有效的与原PLC链接在一起。

（2）WinCC人机界面设计

①在原有石灰窑成品除尘系统画面中加入刮板机图形。工作状态为绿色，停止状态为灰色。

②加入3-6#星型卸灰阀图形。工作状态为绿色，停止状态为灰色。

③并加入对应状态“PLC”“自动”“故障”。PLC与自动状态一经选择，对应“PLC”“自动”显示为绿色，否则为灰色。一旦处于故障状态，对应“故障”显示为红色，非故障则为灰色。

④如果在WinCC画面上选择手动工作模式，可以随时通过鼠标点击WinCC画面上的对应画面来启动和停止刮板机或卸灰阀。

（3）程序编译

确定刮板输送机与卸灰阀的各个操作运行点位。其中部分点位来自除尘系统的主体程序，也是设备工作自动运行的前置条件，新加入的点位主要为画面的操作点位与现场的输入点位和PLC的输出点位。

由于1#刮板运输机与2#刮板运输程序编译原理相同，3#—6#星型卸灰阀程序编译原理相同。所以，在此以1#刮板运输机与3#星型卸灰阀为例简述程序工作原理：

①刮板运输机：1#刮板机由I2.6这个点位分为远程及本地操作2种方式，当现场操作箱打至“本地”操作由现场操作箱控制。当打至“远程”则由M21.0这个点位分为WinCC画面手动与自动操作2种方式。自动状态下，满足前工序运行条件M15.0、M15.1、M15.2、及除尘主程序条件M2.7，刮板机自动运行。手动状态下，则通过画面M21.6、M21.7点位进行手动操作，如图1所示。

图1 1#、2#刮板运输机程序

②卸灰阀：3#卸灰阀由I20.0这个点位分为远程及本地操作2种方式，当现场操作箱打至“本地”操作由现场操作箱控制。当打至“远程”则由M21.4这个点位分为WinCC画面手动与自动操作2种方式。自动状态下，由之前除尘程序的自动条件M15.1来触发3#卸灰阀的自动运行，而且与2#刮板机运行有联锁保护，如果2#刮板机因故停止运行，3#卸灰阀也同时停止运行，避免因刮板机停止运行，卸灰阀还在工作而导致的刮板机堵死现象。如图2所示。

图2 3#—6#卸灰阀程序

4 热调试及效果分析

■4.1 热调试结果

本次技术改造完成后，对刮板运输机及星型卸灰阀进行了热调试，在模拟生产中投用设备，设备运转正常，动作流程顺畅。运转过程中会出现一些小故障，在程序及电路上进行了一些必要的调整与优化。

■4.2 三个月效果分析

实际生产投用后三个月，对刮板运输机及星型卸灰阀从多个方面进行效果分析得出结果：

（1）在人力资源方面：对比改造前，操作工劳动时间从每天8小时降至2小时，其主要工作为清理余灰，基本不需要进行手动卸灰操作。在投用一个月后，操作岗位人员从5人降至2人，预计人力资源成本节约12万/年。

（2）除尘效果方面：技术改造后石灰窑现在每天的输灰量达到了之前的3-4倍，输灰量的提高使得整个除尘效果显著提升，大大改善了周边环境。

（3）生产产能方面：技术改造前石灰窑月产能2000吨，技术改造后首月试运行超产500吨，后续2个月持续超产，第三个月产量达到3000吨。为单位带来了近一半的经济效益。

（4）设备运行方面：三个月的持续生产中，据维修三班故障台账统计，刮板运输机及卸灰阀未发生任何电气故障，也未曾发生阀体堵塞的情况。节约了设备的维修成本。