0引言

選煤廠作為煤炭加工的重要環(huán)節(jié),其生產(chǎn)效率及安全穩(wěn)定性對(duì)煤炭行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。RS485通信技術(shù)作為選煤廠生產(chǎn)過程中的重要手段,具有高精度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于煤炭計(jì)量和監(jiān)控。然而,雷電對(duì)RS485通信的干擾和破壞往往會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷和安全事故,因此,防雷措施在選煤廠中的應(yīng)用顯得尤為重要。在華榮能源股份有限公司精煤分公司第一洗煤車間生產(chǎn)過程中,皮帶秤系統(tǒng)作為重要的數(shù)據(jù)獲取手段,為生產(chǎn)人員提供了原煤量、精煤量、矸石量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。然而,在雷雨季節(jié),皮帶秤常因雷擊導(dǎo)致儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或故障。受雷擊影響的皮帶秤往往正處于生產(chǎn)中,無法及時(shí)進(jìn)行維修,從而影響了相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的提供。

1皮帶秤構(gòu)成及原理

皮帶秤作為選煤廠生產(chǎn)過程中的計(jì)量設(shè)備至關(guān)重要,其主要由秤體、稱重傳感器、測(cè)速傳感器、計(jì)量?jī)x表和通信板等部分組成。皮帶秤的核心工作原理是對(duì)物料重量和皮帶速度進(jìn)行測(cè)量,通過兩者的協(xié)同計(jì)算來實(shí)現(xiàn)精確的物料計(jì)量。經(jīng)過技術(shù)人員和檢修人員的深入調(diào)查,發(fā)現(xiàn)皮帶秤的故障主要集中在通信板和測(cè)速傳感器上。這些問題不僅增加了檢修與維護(hù)的難度,還使得相關(guān)成本大幅上升。同時(shí),由于這些部件的損壞,維修時(shí)間也大大延長(zhǎng),給正常的生產(chǎn)流程帶來了不利影響[1]。

1)稱重傳感器:當(dāng)物料通過秤體時(shí),計(jì)量托輥會(huì)將皮帶上的載荷通過杠桿原理傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器的作用是將接收到的力信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓信號(hào),這個(gè)電壓信號(hào)與物料的重量成正比關(guān)系。

2)測(cè)速傳感器:測(cè)速傳感器是通過檢測(cè)皮帶秤轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速來工作,它將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換成一個(gè)脈沖信號(hào),這個(gè)脈沖信號(hào)與皮帶的實(shí)際速度成正比。

3)計(jì)量?jī)x表:計(jì)量?jī)x表的作用是接收來自稱重傳感器和測(cè)速傳感器的信號(hào),并通過積分運(yùn)算的方式計(jì)算出物料的瞬時(shí)流量。具體的計(jì)算公式為:流量(t/h)=單位長(zhǎng)度物料重量×皮帶速度。

4)通信板:通信板是皮帶秤系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵組件,它能夠?qū)⒂?jì)量?jī)x表收集到的數(shù)據(jù)通過各種通信協(xié)議發(fā)送到其他設(shè)備或系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

2皮帶秤現(xiàn)存問題及原因分析

華榮能源股份有限公司精煤分公司第一洗煤車間作為一座始建于1970年的礦區(qū)型選煤車間,其設(shè)計(jì)入選原煤能力高達(dá)3.00 Mt/a,并實(shí)行早、中、晚三班生產(chǎn)制度。廠區(qū)內(nèi)物料運(yùn)輸主要依賴于皮帶運(yùn)輸機(jī),廠區(qū)歷史悠久,建設(shè)時(shí)充分考慮了地形地勢(shì)因素,因此廠區(qū)范圍廣闊,皮帶運(yùn)輸線較長(zhǎng)。目前,該廠區(qū)共配備有各種類型的皮帶運(yùn)輸機(jī)48條,總長(zhǎng)度超過2500m。其中皮帶運(yùn)輸機(jī)上安裝的皮帶秤共計(jì)9臺(tái),其計(jì)量數(shù)據(jù)傳回集控室的距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 500m,每當(dāng)雷雨季節(jié),集控室中皮帶秤系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真,且現(xiàn)場(chǎng)儀表通信模塊常常發(fā)生損壞。

原因分析如下:一是雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)會(huì)干擾485信號(hào)傳輸,導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包、誤碼率上升,影響皮帶秤的實(shí)時(shí)計(jì)量精度[2];二是雷雨天氣下,濕度增加可能導(dǎo)致信號(hào)線絕緣性能下降,進(jìn)一步放大電磁干擾風(fēng)險(xiǎn);三是皮帶秤的弱電系統(tǒng)(如稱重傳感器、儀表)與485總線相連,雷電通過通信線路侵入設(shè)備,可能造成傳感器漂移或永久性損壞;四是長(zhǎng)距離485傳輸線暴露在戶外,易受雷擊或感應(yīng)雷影響,產(chǎn)生瞬態(tài)高電壓(可達(dá)數(shù)千伏),導(dǎo)致RS485收發(fā)器擊穿損壞,甚至引發(fā)線路板燒毀;五是雨季高濕度環(huán)境易使485接口或線纜接頭氧化銹蝕,導(dǎo)致接觸不良、信號(hào)衰減甚至短路。這些干擾會(huì)導(dǎo)致皮帶秤測(cè)量誤差增大,甚至造成設(shè)備損壞,嚴(yán)重影響選煤廠的生產(chǎn)過程。

3 RS485通信與光纖通信的原理及區(qū)別

現(xiàn)有的皮帶秤廠家儀表數(shù)據(jù)與PC端之間采用的大部分是RS485通信,RS485總線是一種常見的皮帶秤通信方式,它具有較高的通信速率和抗干擾能力,其工作原理是利用平衡雙絞線作為傳輸媒介,通過差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速率的通信。但是由于受到傳輸距離、通信速率和電磁干擾等因素的影響,RS485總線的通信穩(wěn)定性時(shí)常會(huì)受到影響。

光纖通信則是目前較為先進(jìn)的通信技術(shù)之一,其工作原理是利用光的傳輸進(jìn)行信息交換。光線在光纖中傳輸時(shí),由于全反射的作用,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、低損耗的傳輸。與傳統(tǒng)的電線相比,光纖具有不受電磁干擾、信號(hào)穩(wěn)定、保密性好等優(yōu)點(diǎn)[3]。

與RS485總線相比,光纖通信具有更高的通信速率、更遠(yuǎn)的傳輸距離和更好的抗干擾能力。同時(shí),光纖不受電磁場(chǎng)的影響,可以應(yīng)用于高電壓、大電流等強(qiáng)電磁干擾的場(chǎng)合,提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。

4皮帶秤光纖通信的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)皮帶秤結(jié)構(gòu)及通信線路進(jìn)行分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研實(shí)際情況,對(duì)皮帶秤進(jìn)行改造。

第一洗煤車間有704#、703#、701#、772#、201#、218#、760#、826#、901#合計(jì)9臺(tái)皮帶秤,計(jì)量數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)皮帶秤通過485總線匯聚至重介31#配電室,再由配電室傳輸至集控室電腦中,如圖1所示。

為了提高皮帶秤通信的可靠性,在皮帶秤上使用光纖通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS485總線。具體實(shí)施方案如下:

4.1光纖轉(zhuǎn)換器工作原理

UT—277 是 多 功 能 的 支 持 異 步RS232、RS485、RS422通信接口的光纖MODEM,是連接遠(yuǎn)程終端單元 (RTU)到主機(jī) (HOST)或分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)控制器的較好選擇,支持RS232、RS485、RS422多種異步通信協(xié)議,可以同時(shí)混合使用兩個(gè)RS232、RS485或RS422接口,支持2線(半雙工)RS485和4線(全雙工)RS422工作方式。UT—277的RS485方式支持?jǐn)?shù)據(jù)(TXD或SD)發(fā)送控制,從而提高了適應(yīng)各類軟件的能力,也簡(jiǎn)化了控制方式。光纖MODEM支持異步串行口之間的多種光纖連接方式,它支持兩個(gè)異步串行口的設(shè)備通過光纖進(jìn)行全雙工或半雙工通信,通信距離可達(dá)多模4 Km、單模20 Km。RS232信號(hào)的傳輸速率為115.2 KB/S,RS485/RS422的信號(hào)傳輸速率可達(dá)460 KB/S,并提供EMI/RFT特性。

4.2將原來的RS485總線傳輸轉(zhuǎn)換為光纖傳輸

使用雙向串口RS232/RS422/RS485轉(zhuǎn)光纖收發(fā)器將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),再通過光纖傳輸至集控室皮帶秤系統(tǒng)中。接線示意圖如圖2、圖3所示。

4.3 在皮帶秤電源上加裝防浪涌開關(guān)、穩(wěn)壓器等防雷裝置

為了防止雷擊對(duì)設(shè)備造成損壞,可以在皮帶秤電源開關(guān)上加裝防雷裝置,從而有效吸收和排泄外部的強(qiáng)電流,保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。

改造完成后,在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn),采用光纖防雷系統(tǒng)后,皮帶秤的測(cè)量誤差明顯減小,設(shè)備損壞率也大幅降低。這表明光纖技術(shù)在皮帶秤防雷中具有顯著優(yōu)勢(shì),能夠有效提高皮帶秤的測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,為保障選煤廠的安全生產(chǎn)提供有力支持。

5效益分析

皮帶秤光纖防雷改造完成后的經(jīng)濟(jì)效益主要有以下幾個(gè)方面:1)改造后故障率降低,皮帶秤至今未出現(xiàn)因雷擊導(dǎo)致的故障,皮帶秤儀表使用周期延長(zhǎng)。

2)改造后檢修維護(hù)更加方便,所需時(shí)間和工作量也相應(yīng)減少,人員檢修維護(hù)的時(shí)間大幅縮短,大大降低了職工的檢修工作量,有效減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

皮帶秤光纖防雷改造完成后,皮帶秤故障率得到極大的降低,減少了職工檢修維護(hù)工作量,生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到有力保障;另外,儀表損耗明顯減少,節(jié)約了生產(chǎn)成本,具有非常顯著的安全效益和社會(huì)效益。

6皮帶秤光纖通信的不足與優(yōu)化

6.1皮帶秤與PC端光纖通信的不足

PC端與皮帶秤之間光纖通信的不足體現(xiàn)在光纖的敷設(shè)、連接和維護(hù)上。光纖在敷設(shè)過程中易發(fā)生過度彎曲、拉伸等損傷,從而導(dǎo)致光纖傳輸途中光信號(hào)產(chǎn)生衰減,光纖轉(zhuǎn)換器采集不到光信號(hào),導(dǎo)致通信失敗。

6.2皮帶秤通信方式的不足

雖然皮帶秤在硬線傳輸上采用的是光纖傳輸,但是皮帶秤終端與PC端采用的通信方式依然為485通信協(xié)議。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)其中一臺(tái)皮帶秤發(fā)生故障時(shí),PC端處的485匯聚總線將出現(xiàn)異常電壓差,導(dǎo)致皮帶秤計(jì)量采集通信失敗,不能有效指導(dǎo)生產(chǎn)。

485協(xié)議,也被稱為RS485,是一種電氣接口標(biāo)準(zhǔn),用于在串行通信中傳輸數(shù)據(jù)。它是一種多點(diǎn)通信標(biāo)準(zhǔn),允許最多32個(gè)設(shè)備通過一對(duì)雙絞線進(jìn)行通信。如圖4所示,將485通信協(xié)議通過網(wǎng)關(guān)改為TCP/,P通信,由光纖交換機(jī)作為皮帶秤與PC端通信之間的紐帶,各皮帶秤與其分光纖交換機(jī)之間采用TCP/,P通信,分光纖交換機(jī)1#~9#與主光纖交換機(jī)的硬線傳輸模式采用環(huán)網(wǎng)通信方式,電腦PC端通過TCP/,P通信讀取各臺(tái)皮帶秤的數(shù)據(jù)。通過構(gòu)建環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都與兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)相連,形成一個(gè)閉合的環(huán)路。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得數(shù)據(jù)可以在環(huán)路中雙向傳輸,一臺(tái)皮帶秤發(fā)生故障時(shí),皮帶秤采集數(shù)據(jù)能夠迅速通過另一條路徑繞行,確保通信的連續(xù)性。皮帶秤故障維修時(shí),亦可通過,P鎖定發(fā)生故障的皮帶秤所在位置,從而提高檢修效率。

7結(jié)論與展望

通過本文的研究和分析可以得出以下結(jié)論:

1)雷電對(duì)皮帶秤設(shè)備的干擾是造成選煤廠生產(chǎn)過程不穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量下降的重要原因之一。

2)光纖技術(shù)在皮帶秤防雷中具有顯著優(yōu)勢(shì),能夠有效抵抗雷電干擾,提高皮帶秤的測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3)采用光纖防雷系統(tǒng)的皮帶秤在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的防雷效果,為選煤廠的安全生產(chǎn)提供了有力保障。

光纖通信在選煤廠皮帶秤系統(tǒng)中的應(yīng)用,不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蜏?zhǔn)確性,還確保了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性。通過光纖通信,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠皮帶秤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理,提高了工作效率和安全性。未來,隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展,其在選煤廠皮帶秤系統(tǒng)中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曹來洋.洗選廠產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)化控制設(shè)備改造升級(jí)方案[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2011,21(12):223—225.

[2]王慧,秦清松,陳乃闊,等.電子產(chǎn)品電磁兼容與防護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技與企業(yè),2015(24):191.

[3]樓華輝,李題印,姚海燕,等.R5—485雙絞線總線與塑料光纖電信息相互轉(zhuǎn)換研究與應(yīng)用[J].科技資訊,2018,16(5):43—44.

《機(jī)電信息》2025年第18期第15篇