论文部分内容阅读
[摘 要]对汽车煤采样机螺旋下降深度分析，从机械、电气、控制方面对采样机进行改造，通过采样螺旋外筒壁加装保护支撑爪、升降电机变频器参数调整、升降计数盘改进等措施，采样机控制采样螺旋下降到车厢底部，停留5 s螺旋智能化触底上升，实现车厢全深度采样，提高采样机采样代表性。
[关键词]采样机;采样螺旋;采样深度;支撑爪;触底;全深度;智能化
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–02
[Abstract]Based on the analysis of spiral descending depth of automobile coal sampler， the sampler was reformed from mechanical， electrical and control aspects. By installing protective support claws on the outer wall of sampling screw， adjusting the parameters of lifting motor frequency converter， and improving the lifting counting panel， the sampler controlled the sampling screw to descend to the bottom of the carriage， stayed for 5 seconds， and the spiral intelligently touched the bottom and rose， The full depth sampling of the car is realized to improve the representativeness of the sampling machine.
[Keywords]sampling machine; sampling spiral; sampling depth; supporting claw; touch the bottom; full depth; intellectualization
汽车煤机械化采样要求采样器具操作一次或截取一次全横断面所有颗粒均进入采样设备，即全断面每颗粒都应被采入试样中。在采取子样时，对采样的部位和时间均不施加任何人为的意志，能使任何部位的煤都有机会采出。一般情况下，火电厂燃煤由汽车拉运入厂时，实行车车采样，未经采样的车辆不允许卸煤。汽车煤采样机已在火电厂广泛使用，目前使用日益频繁，装机3 300 MW的某火电厂日均汽车拉运750辆次，单日最大能达1 260次。
采样螺旋下降深度关系到煤样收集重量，是影响入厂煤采样机采样代表性的重要因素，但运煤车型复杂车厢有长有短、底板有高有底，若不对采样螺旋在采样工作区域内下降深度进行控制，采样螺旋进行全深度采样时，采样头就可能碰到车箱底板，并穿透底板，从而危及设备安全，引起不安全事件。结合汽车煤采样机的相关研究，从机械、电气、控制方面对采样机进行改造，采样机控制采样螺旋下降到车厢底部，停留5 s螺旋自动上升，實现采样螺旋智能化触底全深度采样。
1 螺旋采样深度
新入厂车辆测量车型数据包括车长、车宽、拉筋位置、车底高度等，录入燃料管理数据库，车牌和车型数据相匹配，采样机通过车牌识别读取车型数据，并从燃料管理系统获取采样方案，采样螺旋按照采样方案设定采样坐标进行采样，移动方向分为水平前后、水平左右、垂直上下3个方向。采样大车、小车带动采样螺旋水平前后水平左右移动，升降装置带动采样螺旋垂直上下移动，升降驱动方式为制动电机、减速机、变频调速，通过链轮传动带动采样螺旋动作。采样螺旋下降高度从最高起始点到车厢底板，满足采样要求。
市场采购的汽车煤均匀性较差，且运输的车辆复杂，车厢长短不同，车底高度不一致，从采样代表性方面考虑，当然希望采样螺旋下降到车厢底部，实现全横截面采样，以免遗漏底部的劣质煤而影响采样代表性，但是采样螺旋与煤车底板发生碰撞，采样头把车底板钻透或把采样设备顶起，造成采样设备或车辆损坏，必须留有合适的安全距离，采样螺旋下降到相应深度自动升起。
2 采样深度控制
采样螺旋上升和下降通过计数器实现，升降驱动装置带动旋转轴转动，旋转轴上安装齿轮驱动链条带动采样螺旋垂直升降。计数器由计数盘和电感式接近开关组成，计数盘安装在旋转轴上，是沿一定直径圆周均匀分布一定数量圆孔的铁质圆盘;电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁芯的电感线圈，只能检测金属体，计数盘旋转，接近开关通过感应两个圆孔之间的铁质间隔进行计数，把计数盘的圆周运动转化为采样螺旋的垂直升降距离，如图1所示。
采样螺旋最大允许下降距离是在采样机设计初期就已经确定的参数，是一个固定值。单位坐标是计数盘感应一次作为一个坐标，对应采样螺旋下降距离，在调试时测量设定，执行时从车型数据库中读取采样车辆车底板高度，采样机控制程序根据最大允许下降距离、车底高、安全距离自动计算采样深度后执行采样，公式如下：
Y = （M-X）/K-N （1）
式中，Y为采样螺旋下降坐标;M为螺旋从最高处下降到地面坐标;X为车厢底板到地面高度（cm）;K为单位坐标对应下降单位深度（cm/个）;N为采样螺旋与车底板间预留安全坐标。
现场采样时影响车底板高度因素有胎压、载重量及车厢底板前后等，采样螺旋下降深度一般预留4个安全坐标，保障设备和车辆安全。
3 采样螺旋触底
现有采样机正常工作，为防止采样头钻透车厢底板预留合适安全距离，采样螺旋不能下降到车厢底部，这一层煤无法采样，没有真正实现全深度采样要求。分析研究采样机本身的机械结构、采样流程和控制原理，从机械、电气和控制方面进行技术改造，使采样螺旋下降到车厢底部，螺旋接触底板停留5 s后自动上升，实现车厢全深度采样，具体改造方案如下。 （1）采样装置由采样筒、采样螺旋和采样头组成，采样头采用硬质合金耐磨材料制造，伸出采样筒约7 cm，即使遇到大块物料，采样头也能钻取击碎，保障采样螺旋正常下降采样，但采样头接触车底板很容易钻透底板。在采样筒底四周均匀焊接4个保护支撑爪如图2所示，支撑爪呈楔形，插入煤中阻力小，对采样螺旋下降影响小;支撑爪底面呈方形，接触车厢底板时，受力均匀且对车底板冲击力小，起到支撑保护作用;支撑爪伸出采样筒长度比采样头长1 cm，当支撑爪接触车厢底板时，采样头不接触底板，防止采样头钻透底板。
（2）采样机升降电机变频器保护值设置。采样机升降电机控制方式为外部输入命令，采样机控制程序通过PLC输出命令到继电器，继电器触点接入西门子M440变频器输入端子，由变频器来实现采样螺旋上升下降。变频器参数P0305代表电动机额定电流，参数P0640是过载因子，以电动机额定电流（参数P0305）的[%]值表示的电动机过载电流限制，参数P0732控制数字输出2的功能（变频器端子21、22，内置继电器2触点）。P0640过载因子根据现场实际生产情况设定，默认值是150，P0732的值设定为53.3，代表电流大于或等于极限值时，内置继电器2的触点21、22闭合，21、22接入PLC输入点。并将变频器输出反馈接入PLC，作为报警的输入点，显示报警信息。改造后采样螺旋每个样点都触底，为减少采样螺旋冲击力，保护设备和车辆安全，参数P0640过载因子设置为120。
（3）升降计数开关。控制采样螺旋升降深度的计数盘为直径15 cm，开10个直径为3 cm的圆孔，计数单位深度为3.62 cm。计数盘改为直径35 cm，开孔直径为3 cm，均匀分布24个圆孔，采样螺旋升降高度不变，计数单位深度为1.68 cm，采样深度控制精度更高。PLC通过捕捉计数开关的脉冲，为采样机的升降提供更精确的坐标。
（4）车型信息。定期核对燃料管理系统车型数据库车型信息，车型数据不准确及时更新，保证采样程序计算采样点坐标准确。
（5）采样机控制程序修改。采样机控制程序螺旋下降安全坐标（N）设置为零，下降深度坐标公式为：
（M - X）/K （2）
采样机控制程序根据车底板高度，自动计算采样螺旋下降到车底板深度，实现全横截断面采样要求。
采样机工控机将PLC所采集的升降计数开关和变频器的输出情况进行数据处理，采样点的升降坐标依据车底板高度计算，采样螺旋到达车厢底部，支撑爪与车厢底板接触，升降电机电流增大，电流超过变频器电流超高保护值，变频器输出，工控机画面显示黄色“采样电流超高”报警信息，采样螺旋停留5 s开始自动上升，该采样点全深度煤样全部收集，解决车厢底层煤无法收集问题，提高采样机采样代表性。
4 应用效果
基于采样螺旋智能化触底的全深度采样解决方案，某电厂7台入厂煤汽车采样机全部应用，每个采样点采样螺旋都能下降到车厢底部，解决了入厂煤采样机车厢底部煤不能采样系统漏洞，杜绝运煤车辆劣质煤铺底现象;而且，采样机全深度采样，提高了采样代表性。但是采样螺旋下降到支撑爪与车厢底板接触，导致升降电机电流超高，保护动作采样螺旋上升，同时车底板受到向下冲击力产生凹凸面，不影响车辆正常使用，但车辆会晃动，开始司机比较担心，经过多次检查车辆无异常，逐渐接受采样螺旋触底采样方式。采样机连续运行1年多，未发生不安全现象，保障采样设备和车辆安全稳定运行，实现采样螺旋全深度采样工作目标。
参考文献
[1] 张文有.汽车煤采样机异常情况分析与改进[J].科技视界，2017（28）：116.
[2] 储华山.浅谈保证汽车煤机械采样装置所采煤样的代表性[J].煤质技术，2015（5）：45-48.
[3] 白存官.进厂煤汽车机械采样装置的优化改造[J].科技与企业，2014（6）：282.
[4] 喻军.汽车煤采样深度控制精密度的改进实例[J].煤质技术，2018（6）：55-57.
[5] 胡万里，张修太.基于PLC的汽车入场煤采样机自动化控制系统设计[J].工况自动化，2010（4）：101-103.
[6] 舒大松，張导成，胡素云，等.汽车进厂煤采样机控制系统的研制[J].工业控制计算机，2006，19（10）：39-40.
[7] 谢生源，赵志勇，尚志强，等.火电厂汽车煤皮带采样机应用实践[J].中国电力，2012（6）：39-42.
[8] 张宏亮，林木松，陈刚，等.广东火力发电厂入厂煤机械采样机存在问题和解决措施[J].电站系统工程，2006，22（2）：26-28.
[关键词]采样机;采样螺旋;采样深度;支撑爪;触底;全深度;智能化
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–00–02
[Abstract]Based on the analysis of spiral descending depth of automobile coal sampler， the sampler was reformed from mechanical， electrical and control aspects. By installing protective support claws on the outer wall of sampling screw， adjusting the parameters of lifting motor frequency converter， and improving the lifting counting panel， the sampler controlled the sampling screw to descend to the bottom of the carriage， stayed for 5 seconds， and the spiral intelligently touched the bottom and rose， The full depth sampling of the car is realized to improve the representativeness of the sampling machine.
[Keywords]sampling machine; sampling spiral; sampling depth; supporting claw; touch the bottom; full depth; intellectualization
汽车煤机械化采样要求采样器具操作一次或截取一次全横断面所有颗粒均进入采样设备，即全断面每颗粒都应被采入试样中。在采取子样时，对采样的部位和时间均不施加任何人为的意志，能使任何部位的煤都有机会采出。一般情况下，火电厂燃煤由汽车拉运入厂时，实行车车采样，未经采样的车辆不允许卸煤。汽车煤采样机已在火电厂广泛使用，目前使用日益频繁，装机3 300 MW的某火电厂日均汽车拉运750辆次，单日最大能达1 260次。
采样螺旋下降深度关系到煤样收集重量，是影响入厂煤采样机采样代表性的重要因素，但运煤车型复杂车厢有长有短、底板有高有底，若不对采样螺旋在采样工作区域内下降深度进行控制，采样螺旋进行全深度采样时，采样头就可能碰到车箱底板，并穿透底板，从而危及设备安全，引起不安全事件。结合汽车煤采样机的相关研究，从机械、电气、控制方面对采样机进行改造，采样机控制采样螺旋下降到车厢底部，停留5 s螺旋自动上升，實现采样螺旋智能化触底全深度采样。
1 螺旋采样深度
新入厂车辆测量车型数据包括车长、车宽、拉筋位置、车底高度等，录入燃料管理数据库，车牌和车型数据相匹配，采样机通过车牌识别读取车型数据，并从燃料管理系统获取采样方案，采样螺旋按照采样方案设定采样坐标进行采样，移动方向分为水平前后、水平左右、垂直上下3个方向。采样大车、小车带动采样螺旋水平前后水平左右移动，升降装置带动采样螺旋垂直上下移动，升降驱动方式为制动电机、减速机、变频调速，通过链轮传动带动采样螺旋动作。采样螺旋下降高度从最高起始点到车厢底板，满足采样要求。
市场采购的汽车煤均匀性较差，且运输的车辆复杂，车厢长短不同，车底高度不一致，从采样代表性方面考虑，当然希望采样螺旋下降到车厢底部，实现全横截面采样，以免遗漏底部的劣质煤而影响采样代表性，但是采样螺旋与煤车底板发生碰撞，采样头把车底板钻透或把采样设备顶起，造成采样设备或车辆损坏，必须留有合适的安全距离，采样螺旋下降到相应深度自动升起。
2 采样深度控制
采样螺旋上升和下降通过计数器实现，升降驱动装置带动旋转轴转动，旋转轴上安装齿轮驱动链条带动采样螺旋垂直升降。计数器由计数盘和电感式接近开关组成，计数盘安装在旋转轴上，是沿一定直径圆周均匀分布一定数量圆孔的铁质圆盘;电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁芯的电感线圈，只能检测金属体，计数盘旋转，接近开关通过感应两个圆孔之间的铁质间隔进行计数，把计数盘的圆周运动转化为采样螺旋的垂直升降距离，如图1所示。
采样螺旋最大允许下降距离是在采样机设计初期就已经确定的参数，是一个固定值。单位坐标是计数盘感应一次作为一个坐标，对应采样螺旋下降距离，在调试时测量设定，执行时从车型数据库中读取采样车辆车底板高度，采样机控制程序根据最大允许下降距离、车底高、安全距离自动计算采样深度后执行采样，公式如下：
Y = （M-X）/K-N （1）
式中，Y为采样螺旋下降坐标;M为螺旋从最高处下降到地面坐标;X为车厢底板到地面高度（cm）;K为单位坐标对应下降单位深度（cm/个）;N为采样螺旋与车底板间预留安全坐标。
现场采样时影响车底板高度因素有胎压、载重量及车厢底板前后等，采样螺旋下降深度一般预留4个安全坐标，保障设备和车辆安全。
3 采样螺旋触底
现有采样机正常工作，为防止采样头钻透车厢底板预留合适安全距离，采样螺旋不能下降到车厢底部，这一层煤无法采样，没有真正实现全深度采样要求。分析研究采样机本身的机械结构、采样流程和控制原理，从机械、电气和控制方面进行技术改造，使采样螺旋下降到车厢底部，螺旋接触底板停留5 s后自动上升，实现车厢全深度采样，具体改造方案如下。 （1）采样装置由采样筒、采样螺旋和采样头组成，采样头采用硬质合金耐磨材料制造，伸出采样筒约7 cm，即使遇到大块物料，采样头也能钻取击碎，保障采样螺旋正常下降采样，但采样头接触车底板很容易钻透底板。在采样筒底四周均匀焊接4个保护支撑爪如图2所示，支撑爪呈楔形，插入煤中阻力小，对采样螺旋下降影响小;支撑爪底面呈方形，接触车厢底板时，受力均匀且对车底板冲击力小，起到支撑保护作用;支撑爪伸出采样筒长度比采样头长1 cm，当支撑爪接触车厢底板时，采样头不接触底板，防止采样头钻透底板。
（2）采样机升降电机变频器保护值设置。采样机升降电机控制方式为外部输入命令，采样机控制程序通过PLC输出命令到继电器，继电器触点接入西门子M440变频器输入端子，由变频器来实现采样螺旋上升下降。变频器参数P0305代表电动机额定电流，参数P0640是过载因子，以电动机额定电流（参数P0305）的[%]值表示的电动机过载电流限制，参数P0732控制数字输出2的功能（变频器端子21、22，内置继电器2触点）。P0640过载因子根据现场实际生产情况设定，默认值是150，P0732的值设定为53.3，代表电流大于或等于极限值时，内置继电器2的触点21、22闭合，21、22接入PLC输入点。并将变频器输出反馈接入PLC，作为报警的输入点，显示报警信息。改造后采样螺旋每个样点都触底，为减少采样螺旋冲击力，保护设备和车辆安全，参数P0640过载因子设置为120。
（3）升降计数开关。控制采样螺旋升降深度的计数盘为直径15 cm，开10个直径为3 cm的圆孔，计数单位深度为3.62 cm。计数盘改为直径35 cm，开孔直径为3 cm，均匀分布24个圆孔，采样螺旋升降高度不变，计数单位深度为1.68 cm，采样深度控制精度更高。PLC通过捕捉计数开关的脉冲，为采样机的升降提供更精确的坐标。
（4）车型信息。定期核对燃料管理系统车型数据库车型信息，车型数据不准确及时更新，保证采样程序计算采样点坐标准确。
（5）采样机控制程序修改。采样机控制程序螺旋下降安全坐标（N）设置为零，下降深度坐标公式为：
（M - X）/K （2）
采样机控制程序根据车底板高度，自动计算采样螺旋下降到车底板深度，实现全横截断面采样要求。
采样机工控机将PLC所采集的升降计数开关和变频器的输出情况进行数据处理，采样点的升降坐标依据车底板高度计算，采样螺旋到达车厢底部，支撑爪与车厢底板接触，升降电机电流增大，电流超过变频器电流超高保护值，变频器输出，工控机画面显示黄色“采样电流超高”报警信息，采样螺旋停留5 s开始自动上升，该采样点全深度煤样全部收集，解决车厢底层煤无法收集问题，提高采样机采样代表性。
4 应用效果
基于采样螺旋智能化触底的全深度采样解决方案，某电厂7台入厂煤汽车采样机全部应用，每个采样点采样螺旋都能下降到车厢底部，解决了入厂煤采样机车厢底部煤不能采样系统漏洞，杜绝运煤车辆劣质煤铺底现象;而且，采样机全深度采样，提高了采样代表性。但是采样螺旋下降到支撑爪与车厢底板接触，导致升降电机电流超高，保护动作采样螺旋上升，同时车底板受到向下冲击力产生凹凸面，不影响车辆正常使用，但车辆会晃动，开始司机比较担心，经过多次检查车辆无异常，逐渐接受采样螺旋触底采样方式。采样机连续运行1年多，未发生不安全现象，保障采样设备和车辆安全稳定运行，实现采样螺旋全深度采样工作目标。
参考文献
[1] 张文有.汽车煤采样机异常情况分析与改进[J].科技视界，2017（28）：116.
[2] 储华山.浅谈保证汽车煤机械采样装置所采煤样的代表性[J].煤质技术，2015（5）：45-48.
[3] 白存官.进厂煤汽车机械采样装置的优化改造[J].科技与企业，2014（6）：282.
[4] 喻军.汽车煤采样深度控制精密度的改进实例[J].煤质技术，2018（6）：55-57.
[5] 胡万里，张修太.基于PLC的汽车入场煤采样机自动化控制系统设计[J].工况自动化，2010（4）：101-103.
[6] 舒大松，張导成，胡素云，等.汽车进厂煤采样机控制系统的研制[J].工业控制计算机，2006，19（10）：39-40.
[7] 谢生源，赵志勇，尚志强，等.火电厂汽车煤皮带采样机应用实践[J].中国电力，2012（6）：39-42.
[8] 张宏亮，林木松，陈刚，等.广东火力发电厂入厂煤机械采样机存在问题和解决措施[J].电站系统工程，2006，22（2）：26-28.