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,因而廣泛應(yīng)用于煤炭計量和監(jiān)控。然而,雷電對RS485通信的干擾和破壞往往會導(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,無法及時進行維修,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)過程中的計量設(shè)備至關(guān)重要,其主要由秤體、稱重傳感器、測速傳感器、計量儀表和通信板等部分組成。皮帶秤的核心工作原理是對物料重量和皮帶速度進行測量,通過兩者的協(xié)同計算來實現(xiàn)精確的物料計量。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速傳感器上。這些問題不僅增加了檢修與維護的難度,還使得相關(guān)成本大幅上升。同時,由于這些部件的損壞,維修時間也大大延長,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,計量托輥會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轉(zhuǎn)換成一個電壓信號,這個電壓信號與物料的重量成正比關(guān)系。

2)測速傳感器:測速傳感器是通過檢測皮帶秤轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)速來工作,它將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換成一個脈沖信號,這個脈沖信號與皮帶的實際速度成正比。

3)計量儀表:計量儀表的作用是接收來自稱重傳感器和測速傳感器的信號,并通過積分運算的方式計算出物料的瞬時流量。具體的計算公式為:流量(t/h)=單位長度物料重量×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嬃績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)計入選原煤能力高達(dá)3.00 Mt/a,并實行早、中、晚三班生產(chǎn)制度。廠區(qū)內(nèi)物料運輸主要依賴于皮帶運輸機,廠區(qū)歷史悠久,建設(shè)時充分考慮了地形地勢因素,因此廠區(qū)范圍廣闊,皮帶運輸線較長。目前,該廠區(qū)共配備有各種類型的皮帶運輸機48條,總長度超過2500m。其中皮帶運輸機上安裝的皮帶秤共計9臺,其計量數(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)就會出現(xiàn)嚴(yán)重的失真,且現(xiàn)場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)生的強電磁場會干擾485信號傳輸,導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包、誤碼率上升,影響皮帶秤的實時計量精度[2];二是雷雨天氣下,濕度增加可能導(dǎo)致信號線絕緣性能下降,進一步放大電磁干擾風(fēng)險;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、信號衰減甚至短路。這些干擾會導(dǎo)致皮帶秤測量誤差增大,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,通過差分信號進行數(shù)據(jù)傳輸,從而實現(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)定性時常會受到影響。

光纖通信則是目前較為先進的通信技術(shù)之一,其工作原理是利用光的傳輸進行信息交換。光線在光纖中傳輸時,由于全反射的作用,可以實現(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、信號穩(wěn)定、保密性好等優(yōu)點[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,光纖不受電磁場的影響,可以應(yīng)用于高電壓、大電流等強電磁干擾的場合,提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。

4皮帶秤光纖通信的實際應(yīng)用

對皮帶秤結(jié)構(gòu)及通信線路進行分析,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研實際情況,對皮帶秤進行改造。

第一洗煤車間有704#、703#、701#、772#、201#、218#、760#、826#、901#合計9臺皮帶秤,計量數(shù)據(jù)由現(xiàn)場皮帶秤通過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 (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,可以同時混合使用兩個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,它支持兩個異步串行口的設(shè)備通過光纖進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信號的傳輸速率為115.2 KB/S,RS485/RS422的信號傳輸速率可達(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)信號轉(zhuǎn)換為光信號,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電流,保護設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。

改造完成后,在實際運行過程中發(fā)現(xiàn),采用光纖防雷系統(tǒng)后,皮帶秤的測量誤差明顯減小,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,能夠有效提高皮帶秤的測量準(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)濟效益主要有以下幾個方面: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。

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

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產(chǎn)生衰減,光纖轉(zhuǎn)換器采集不到光信號,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)場其中一臺皮帶秤發(fā)生故障時,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)。它是一種多點通信標(biāo)準(zhǔn),允許最多32個設(shè)備通過一對雙絞線進行通信。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之間采用TCP/,P通信,分光纖交換機1#~9#與主光纖交換機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)中的每個節(jié)點都與兩個相鄰節(jié)點相連,形成一個閉合的環(huán)路。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得數(shù)據(jù)可以在環(huán)路中雙向傳輸,一臺皮帶秤發(fā)生故障時,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,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,能夠有效抵抗雷電干擾,提高皮帶秤的測量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3)采用光纖防雷系統(tǒng)的皮帶秤在實際運行中表現(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,可以實現(xiàn)對選煤廠皮帶秤系統(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)用將會更加廣泛和深入。

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《機電信息》2025年第18期第15篇