-
神华神东煤炭集团快速装车系统教材
目
录
第一章
快速装车系统概述
.
..............................................
..................................................
..........
3
第二章
快速装车系统的结构、技术参数
.<
/p>
........................................
..........................................
6
第一节
快速装车系统的主体结构
.
...........................................
...........................................
6
第二节
快速装车系统的技术参数
.
...........................................
......................................... 11
第三章
自动控制系统
.
................................................ .................................................. ..............
13
第一节
自动控制原理
.
................................................ .................................................. ......
13
第二节
控制系统的结构与性能
.
............................................ ..........................................
17
第三节
快速装车系统中的各类保护
.
..........................................
....................................
22
第四章
称重系统
.
..................................................
..................................................
................
27
第一节
称重系统基本知识
.
..............................................
..................................................
27
第二节
称重传感器
.
.................................................
..................................................
.........
32
第三节
称重仪表
.
..................................................
..................................................
............
37
第五章
液压系统
.
..................................................
..................................................
......................
43
第一节
液压系统的结构与性能
.
............................................ ..............................................
43
第二节
动力元件
.
..................................................
..................................................
............
44
第三节
执行元件
.
..................................................
..................................................
............
46
第四节
液压控制阀
.
.................................................
..................................................
.......
50
第五节
辅助元件
.
..................................................
..................................................
............
58
第六节
工作介质
.
..................................................
..................................................
..........
63
第七节
快速装车液压系统工作原理
.
..........................................
......................................
64
第一章
快速装车系统概述
快速装车系统是我
国在二十世纪八十年代从国外引进的一种新型列车装载系统，
它能够
快速地将固体物料连续装载到行进中的火车车厢中，特别适合大型采矿企业产品的装车外
运。在采矿业比较发达的美国、南非等国家，快速装车系统非常普及。
神东现有不同厂家、不同类型的快速装车系统
17
套，正在建设的有
2
套，是目前我国
使
用快速装车系统最早、使用数量最多、技术水平最高的企业。
1
．
1
神东快速装车系统发展过程
1996
年以前，神东仅有大柳塔和补连
塔两套简易装车系统。
1996
年初
，神东从美国引进的第一套快速装车系统在大柳塔环线装车站建成投用。
1998
年开始，
随着神东的整合以及公司煤炭产量
以每年千万吨的水平增长，
神东于
1999
年、
2000
年从南非和美国引进了三套快速装车系统，分
别在上湾、大柳塔环线内环和榆家
梁建成投用，同时对补连塔旧装车系统进行了技术改造
。
从
2001
年起，为降低成本，加快进口设备的国产化进程，公司原运销处工程技术人员
创新思路
，
结合我国国情，
通过消化吸收进口装车系统的技术，
联合国内相关厂家开发研制
了国产快速装车系统，
分别在乌兰木伦、
保德、
哈拉沟、
石
圪台、
补连塔、
榆家梁、
布尔台、
韩家村、锦界等处建成投产，每套快速装车系统的年生产能力都能达到
1200
万吨以上，为
公司建成亿吨矿区提供了有力保证。<
/p>
1
．
2
快速装车系统的特点
快速装车系统是以自动
控制的方式快速并连续地将固体物料按设定的重量装载到以一
定速度行进的列车中的一种
高效定量装车系统。
相对于简易装车系统以及使用装载机装车的
集装站，快速装车系统的优点非常突出。
首先，快速装车系统
自动化程度非常高，系统内所有设备都是通过
PLC
控制系统进
行
远程集中控制与操作的，
所有设备的运行故障等信息都在控制
计算机屏幕上显示。
设备运行
可靠，系统内用人少。
其次是装车速度快，
装
62
吨一节车一般用时为
60
秒，
最快能达到
40
秒，
装
66
节整列
车用时为
50
分钟至
80
分钟。
第三是装车精度高，称重仓静称重精度为±
0.1%
，每节车皮的装车精度＜±
0.3%
，整
列车装车精度＜±
0.3%
。
第四是装车质量好，车皮表面平整，无偏载，完全符合铁
路运行要求。
第五是环保性能优，
整
个系统的装车过程为全封闭式，
装过的车皮表面又经过碾压固化
封尘，撒煤少、煤尘少，对环境污染小。
1
< br>．
3
快速装车系统的工艺流程
神东商品煤生产的的流程为：
矿井通过采掘运将原煤送入原煤仓
内，
矿井对应的选煤厂
将原煤洗选加工成不同的煤炭产品送入产
品仓内，
各选煤厂对应的装车站点按照客户的需求
将煤炭产品装
车外运。
可以看出，
快速装车系统是神东商品煤生产过程中比较
重要的一个环
节。
相对于矿井和选煤
厂的生产系统，
快速装车系统的设备工艺流程比较简单，
常见的
是将
产品仓内煤炭通过给煤机、胶带运输机、缓冲仓、定量（称重）仓以及装载溜槽装入
行进的
火车车厢内（如图
1-1
）
。
针对低产量
、
单一煤种的矿井，
原运销处工程技术人员研究开发了无给料运
输系统的混
凝土仓结构装车系统，将产品仓直接作为缓冲仓，
减
少了胶带机、
给煤机等设备，
精简了工
作人员，生产成本大幅降低。其设备工艺流程如图
1-2
。
1
．
4
快速装车系统的组成
按照国外生产厂家的定义
，快速装车系统由装载系统（包括缓冲仓、定量（称重）仓以
及装载溜槽等塔楼设备）<
/p>
、给料系统（包括胶带机、给煤机）和采样系统（包括煤炭采制样
及分析化验设备）三部分组成。每个系统都有自己的
PLC
远程
控制站和供配电设施。
实际上，由于上世纪九十年代引进快速
装车系统时公司只采购了装车系统的核心设备，
包括装车塔楼钢结构、
< br>PLC
控制系统、液压系统、称重系统以及采样系统，而其它如胶带
机、
给煤机等通用机械都采用了国产设备，
再加上后
来公司煤炭采制样和分析化验业务的重
新划分，
装车系统设计时
就不包含采样系统，
因此我们现在所说的快速装车系统指的是装车
塔楼设备，
胶带机、
给煤机等设备和防冻液系统、
固化剂喷洒系统作为了快速装车系统的配
套设施。
图
1-2
无给料运输系统的快速装车系
统工艺流程图
由于快速装车系统是
由国外引进的，
很多名词术语都是从英文翻译而来，
不同的人理
解
程度不一样，
国际国内也没有统一标准，
因此一些名词术语的叫法可能有多种，
看书过程中
可根据自
己的习惯理解。
本书中大都以美国
K
SS
公司的快速装车系统为例展开说明的，主要原因有：一是神东
最早引进的是该公司产品，
1994
年底签订的采购合同，<
/p>
1996
年初一期建成投用；二是该产
品
技术成熟，
设计考虑周全，
是现在国内多数装车系统生产厂家的
设计模板；
三是该系统图
纸、说明书、操作手册等资料齐全。<
/p>
复习题：
1
、简述快速装车系统的特点。
2
、简述快速装车系统的工艺流程。
第二章
快速装车系统的结构、技术参数
目前
，
神东矿区使用的快速装车系统主要分为两种：
全钢结构快速装
车系统
（含有给料
运输设备）和混凝土产品仓下快速装车系统（
无给料运输设备）
。全钢结构快速装车系统分
进口和国产两种类
型，以美国的卡那瓦度量衡（
KSS
）公司的产品最为典型，国
产的全钢结
构快速装车系统和混凝土产品仓下快速装车系统也是在借鉴此系统的基础上发
展而成的，
因
此，本章主要以
KSS<
/p>
快速装车系统为例进行阐述。
第一节
快速装车系统的主体结构
2.1.1
快速装车系统的结构
2.1.1.1
全钢结构快速装车系统
全钢结构快速装车系统，
主要是由一个重型钢结构支撑架系统、
一个缓冲仓、
一个称重
仓、
一个装车溜槽及相应的配料称重系统、
液压控制系统，
配电以及自动控制系统等共同组
成。
其主要配套系统有产品
仓下给料系统和胶带运输机系统。
其它辅助系统还有三级采样系
统、除尘系统、防冻搅拌喷洒系统及封尘固化剂喷洒系统等。装车系统示意如图
2-1<
/p>
所示。
2.1.1.2
混凝土产品仓下快速装车系统
该系统基本结构是在直
径
22
米产品仓下建设装车铁路线，安装称重仓和旋转摆动式装
车溜槽，将产品仓作为缓冲仓，
装有四套双翼平板式配料闸门，
直接给称重仓配煤。其液压
系统、称重系统及自动控制系统均选用与
KSS
公司类似的产品。这种系统吸收了其它几种
系统的优
点，装车速度及系统性能均有大幅提高，
一次性投资成本大大降低，设备减少，
用
人减少，占地面积小，
同时也降低了装车生产
成本。其缺点是系统不能配煤，仅适用于生产
单一品种的煤矿或选煤厂，如同时生产多个
品种，
则需建相应数目的装车系统。同时，由于
是单一产品仓，
其缓冲余量也受到了一定的限制。
2.1.2
快速装车系统缓冲仓的结构
快速装车系统的缓冲仓容量约为
300t,
< br>仓的上半部为长方体，下半部分为四个倒四棱
锥形的漏斗，
漏斗口为正方形，
在四个漏斗口下方装有四套双翼式液压平板闸门，
< br>用作向称
重仓配料。
仓壁外壳为
8mm
厚碳钢板
（垂直和倾斜侧）
,<
/p>
缓冲仓内壁衬
10mm
厚不锈钢耐磨板<
/p>
或双金属复合耐磨板。缓冲仓示意如图
2-2
、图
2-3
所示。
2.1.3
快速装车系统称重仓的结构
快速装车系统称重仓的容量为
100t
，侧板相对水平面的倾角为
60
°，称重仓下部漏斗
口为正方形，尺寸为
1524×
1524mm
，漏斗口下装有一套双翼式液压平板闸门，用做装车卸
料，
仓壁外壳为
8mm
厚碳钢板，
< br>内壁衬
10mm
厚
A304
不锈钢耐磨板或双金属复合耐磨板，
仓体外壁加固，支撑称重测试系
统。称重仓示意如图
2-4
所示。
图
2-1
KSS
快速装车系统塔楼结构图
1
、缓冲仓；
2
、定量仓；
3
、集控操作室；
4
、装车溜槽
图
2-2
缓冲仓正视图
图
2-3
缓冲仓下半部分俯视图
图
2-4
定量仓顶部俯视图
图
2-3
定量仓正视图
图
2-5
定量仓下半部分俯视图
1
、定量仓顶部漏斗口；
2
、称重传感器支承座；
3
、卸料闸门；
4
、定量仓底部漏斗口
2.1.4
装车溜槽的结构
装车溜槽主要有两种形式：水平移动垂直伸缩式和旋转摆动式
。
KSS
系统使用的是水
平移动垂直伸
缩式溜槽，其余均为旋转摆动式溜槽。
2.1.4.1
水平移动垂直伸缩式装车溜槽的结构
装车伸
缩溜槽的内溜槽开口尺寸为
1524×
1524mm
，与称重仓卸料平板闸门相配。外溜
槽通过两个重型液压油缸与内溜槽相连
接。
内外溜槽通过滑道与滚轮相配合，
如图
2-6
所示。
内外溜槽内表面均装有
10mm
厚的
A304
不锈钢耐磨板
或双金属复合耐磨板。
外溜槽伸降油
缸缸径为
< br>80mm
，行程为
1100mm
。整个溜槽设计防尘，
通风良好，卸料口装有防尘、防
撞、平煤用的裙板，既防尘，又起到平煤器的作用，同时又起到在特殊情况下溜槽与车厢相
撞时防止溜槽损坏的作用。
溜槽下部还装有防撞保护开关，
防止装车过程中溜槽与车厢相撞。
溜槽安装有水平行走装置，
型式有二种，
一种为液压马达驱动的齿轮、
齿条传
动的滚轮滑道
型，
另一种为液压油缸驱动的滚轮滑道型。
目前神东矿区使用的均为液压油缸驱动型式。
水
平行走装置的作用是在系统停止装车时将装车溜槽移到侧旁的停放位置，
给机车让出通
过的
通道。
在水平行走滑道上安装有限位开关，
用以指示溜槽的停放位置和装载位置，
实现安全
闭锁，
在装车溜槽不完全到装载位置时，
称重仓卸料闸门不会打开。<
/p>
设计安装了断电自动提
升保护，
可以在系
统突然断电的情况下，
使装车溜槽自动提升到最高位，
防止车皮
与溜槽发
生碰撞。
图
2-6
水平移动垂直伸缩式装车溜槽的结构示意图（无斗裙）
2.1.4.2
摆动式装车溜槽的结构
摆动式装车溜槽由内外溜槽组成，
如图
1-7
所示。
内溜槽通过横梁结构固定在塔架下方，
外溜槽悬挂在内溜槽两侧的枢轴上。
装车时，
通过
液压油缸牵引钢丝绳使外溜槽绕枢轴摆动
来控制装载高度，
并可
关断定量仓内的流出物料。
外溜槽在设计时分为两段，
下段溜槽
在与
列车发生误撞时会脱落，以保证不损坏溜槽的主要部位
。<
/p>
与垂直伸缩式装车溜槽相比，摆动式装车溜槽的特点是：
1
、由于溜槽能最大限度地接
近车厢，可按要
求自动平整物料，使物料落入车厢的距离缩短，大大减少了落尘的飞扬；
2
、
使向车厢送料过程中的流通渠道得以扩展，
可利用
溜槽的容积，
而不影响定量仓大量快速送
物料，有效的提高了配
料速度。
图
2-6
旋转摆动式装车溜槽的结构示意图
2.1.5
闸门的结构
快速装车系统的闸门有两种：
缓冲仓配料闸门和装车卸料闸门。
两种闸门形式相同，
只
是在尺寸和配件选型方面有所
差别。
2.1.5.1
缓冲仓配料闸门的结构
双翼式闸门，打开时尺寸为
1219
×
1219mm
，使用不锈钢盖板和橡胶密封防尘，用软连
接布与称重仓进料口相连。每片闸板上方装有两个非接触式接近开关，用以探测闸板的开、
闭位置。
闸板由
25mm
< br>厚的钢板上装有
10mm
厚
A3
04
不锈钢耐磨板组成，
每片闸板上装有
CF2 1/2SB
型托轮
12
个，
每片闸板配装一缸径
63mm
，行程
6
62mm
的重型液压油缸来驱动
闸门的打开和关闭。如图
2-7
所示
2.1.5.2
装车卸料闸门的结构
双翼式闸门，打开时尺寸为
1524×
1524mm
，使用不锈钢盖板和橡胶密封防尘，用软连
接布与
装车溜槽上方的导料槽口相连。
每片闸板上方装有两个非接触式接近开关，
用以探测
闸板的开、闭位置。闸板由
30mm
厚的钢板上装有
10mm
厚的
A304
不锈钢耐磨板组成，每
片闸板下装有
CF2 1/4SB
型托轮
12
个，
每片闸板配装一缸径为
83mm
< br>，
行程为
775mm
的重
型液压油缸来驱动闸门的打开和关闭。如图
2-7
所示。
图
2-7
闸门结构示意图
第二节
快速装车系统的技术参数
2.2.1
KSS
快速装车系统的主要技术参数
快速装车系统设计最大装车速度为
5300
吨
< br>/
小时，
称重系统的静称重精度为±
0.1%
，
给
每节车皮的装车精度
为
0.3%
，每节车皮装车误差不超过
200Kg
。要求列车的牵引速度为
0.8-1.5km/h<
/p>
，可适应
C61
、
C62
、
C63
、
< br>C64
、
C70
、
C80
等多种型号的车皮。适应的物料粒
度为
0-13mm
、
13-50mm
及
50mm
以上等多种规格。
给称重仓配
100
吨物料的速度平均可达
10
秒种，装一节车皮（
62t
）
的速度平均在
60
秒左右，最快可达
4
0
秒。
2.2.2
KSS
装车液压系统主要设备及其参数
安装了一套双电机双泵液压系统，
为缓冲仓、
称重仓闸门开闭
溜槽行走、
伸降及测试法
码提升等提供动力。电机功率为
55kW
，液压泵为单作用叶片泵，工作压力为
13MPa
，流量
为
185L/mi
n
。液压系统配有适当数量的蓄能器，用以补偿和平衡系统的流量和压力。装有
一个热油循环系统和一个散热冷却系统，
用以保证液压系统的正常工作温
度，
液压系统的详
细结构和工作原理见第四章。
液压系统主要为缓冲仓配煤闸板、
称重仓下端放煤闸
板即装车平板闸门和试重砝码的提
升、
装车溜槽的升降和水平移
动提供液压力。
其性能直接影响着装车速度的快慢。
要求每片<
/p>
闸板可实现连续迅速可靠的动作，
溜槽升降灵活、
随机。
缓冲仓和称重仓液压闸板的动作方
式，
是同时动作还是分步动作，
直接决定着缓冲仓向称重仓的配煤时间及称重
仓向车皮内的
放煤时间，即影响着装车速度和装车质量。
2.2.3
KSS
配煤称重控制系统的主要技术参数
主要由称重传感器、显示器、装车称重控制
PLC
柜、控制
计算机、不间断电源、打印
机等组成。
⑴在称重仓的四角装有
4
个美国
Ar
tech
公司生产的
80210
型双头
剪切梁传感器，每个
额定载荷
50.6t
，称重仓额定载荷
100t
。
⑵配一台
RS232
系列输出的数字传感显
示器，安装在装车操作控制台盘面上，有多个
设置，可以在键盘上标定和设置参数。
⑶装车称重控制
PLC
< br>柜、控制计算机、不间断电源、打印机等均安装布置在装车集控
室内，满足称重装
车的需要。
2.2.4
KSS
主控制系统的主要技术参数
⑴
MMI
操作接口控制板，
装在控制计算
机中，
提供给操作者操作界面和装车系统控制，
从这里可以控制
装车站内所有的主要设备，
如仓下变频计量给煤机、
定速给煤机
、
装车皮带
运输机、装车称重系统、液压系统、三级采样分析系
统及通风、除尘系统设备等。
⑵
MM
I
系统屏幕：
——主系统菜单
——装车系统屏幕图
形显示
（给料机、
胶带机、
产品仓、<
/p>
缓冲仓、
称重仓、
液压系统、
溜槽等）
——装车显示图
——加煤系统图
——产品仓储量系统图及给煤机状态
——胶带机状态屏幕
——报警屏幕（包括所有系统的报警）
⑶
MMI
软件为罗克韦尔
RSvie
w
，
RSLogix(
运行时间版本<
/p>
)
和
RSlinx
；
⑷主
PLC
控制系统
AB
公司
1785-L40C15
型可编程序控制器，
装于集
控室内
（即前述装车称重控制
PLC
柜
）
。
⑸远程
PLC
控制板，装于电器控制中心
(MCC
室
)
内。
2.2.5
缓冲仓料位计的主要技术参数
缓冲仓
的料位监测系统带有四个应力传感器，
安装于缓冲仓的四角，
应
力传感器在钢结
构发生变形后输出变化的
4-20mA
标准电流信号至料位计主机（安装于主
PLC
控
制板上）
，
从主机内部接线至
PLC<
/p>
柜的模拟量输入模块，
便可在装车工控机屏幕上显示柱状料位图形
，
同时可通过此信号控制装车过程中给煤机的启动和停止
。
第三章
自动控制系统
在进行装车作业时，<
/p>
操作员通过合理选择一定数量产品仓下的振动式给料机，
将物料给
到带式输送机上，带式输送机以
4000t/h
的能力将物料送入快速装车系统的缓冲仓；称重系
统的称重传感器的信号返回<
/p>
PLC
程序后，由输出点控制缓冲仓配料闸门的打开、关闭，从<
/p>
而准确地将物料按操作员设定的重量送入称重仓；配料完成后，操作员打开装车卸料闸门，
将称重仓内的物料经过装载溜槽装入匀速
（
0.8-1.5km/h
）行驶的火车车厢中，
即完成了一
次
单节车皮的装车作业。称重仓内的物料放空后，
PLC
程序通过采集称重传感器的信号控制
下一次的配料；
< br>如此连续循环便是快速装车系统的整个运作过程，
各环节设备作都是由自动
控制系统统一协调动作的。本章就针对自动控制系统展开。
第一节
自动控制原理
3.1.1
快速装车系统的集中控制的实现
装车
系统的自动控制不仅对装车液压系统、
称重系统等装车塔自身的设备进行控制，
还
要对仓下给煤机和带式输送机进行集中控制。
整个装车自动控制系统是由一个本地（装载系统）
PLC
和一个远程（仓下）
PLC
组成。
其中装载系统
PLC
控制液压站的
1#
、
2#
液压油泵的、冷却
风扇、循环泵的启动或停止，缓
冲仓、称重仓料位的显示，配料闸门、卸料闸门、装车溜
槽、实验砝码等设备的动作；远程
PLC
控制给料、运输系统中
的给煤机和胶带输送机的启动或停止。
PLC
的处理器通过收集的各部位传感器的返回信号，
结合操作员在集控室通过主控计
算
机的工作屏和操作台发出的指令，
经过控制程序处理，
使相关设备按控制程序运行。
操作员
可根据装
车情况方便灵活地在集控方式下进行成组或单台设备的集中启动、
停止。
也可根据
实际情况进行系统间的有闭锁或无闭锁的启动、
停止。
在无闭锁状态下，
操作员可以启动或
< br>停止任意一台受控设备。
在集控方式下进行系统启、
停车
时，
各设备之间根据工艺流程要求
进行闭锁。
< br>
系统中某台设备因故障停机时，
系统中与其有闭锁关系
的设备自动闭锁停机，
并通过计
算机向控制室人员发出声光报警
信号，显示出故障设备的位置、故障类型（过负荷、短路、
漏电、拉绳开关动作、跑偏开
关动作、防纵撕开关动作、防打滑装置动作、烟雾报警动作等
等）
。自动控制系统中主要的闭锁关系有：
1
< br>、给煤机与装车塔缓冲仓的闭锁关系。即在缓冲仓煤位达到一定值后（输送带上的煤
运完后）缓冲仓内的煤不外溢，
给煤机自动停机。
一般设置为
180
吨，
待缓冲仓内的煤位低
于一定值时，一般设置为
120
吨，所选择启
动的给煤机立即自动开启。
2
、胶带
输送机与给煤机之间的闭锁关系。无论出现什么情况，一旦胶带输送机停机，
所有给煤机
立即闭锁停机。
3
、各闸门之间的闭
锁关系。定量仓闸门关闭信号没有时，即使闸门是关闭的，缓冲仓
闸门也不会打开（在自
动、半自动运行方式下）
，这样设置是为了避免万一定量仓闸门没关
闭或关闭不严，
会发生撒煤事故，严重的会造成火车掉道事故。还有一种闭锁关系，
就是缓
冲仓有一个闸门关闭信号没有，
定量仓闸门不会打开，<
/p>
原因是如果定量仓闸门能打开，
计量
就不
准确，有可能一节车装很多，严重会造成车厢损坏或向车厢外撒煤造成事故。
4
、闸门与装车溜槽之间的闭锁关系。装车溜槽装载位置信号没有，定量
仓闸门不会打
开；装车溜槽的最高位信号没有返回时，装车溜槽不能左右移动。
1-2
装载系统的工作原理
在生产中，装车
过程必须是连续定量自动动态的，才能保证生产效率。
装载系
统是由缓冲仓、定量仓、液压系统、闸门、装车溜槽等组成。缓冲仓最大容积是
300<
/p>
吨，定量仓容积
100
吨。缓冲仓底部有
8
个闸门，定量仓底部有
2
个闸门，每个闸门的
开关位置都装有接近开关，
通
过这些开关将闸门的状态信息反馈给
PLC
处理器，
处理器根据
这些信息，
按控制程序给相关的电磁阀
输出信号，
电磁阀动作驱动液压油缸，
从而打开或关
闭闸门实现装车自动控制。
具体控制过程是：
操作
员启动胶带运输机和给煤机后，
列车开始
对位装车；
操作员根据车皮型号确定所装吨位，
在称重二次仪表上合理设置参数；
当列车到
达装车位置后，且缓冲仓内的物料料位已达到合适的位置（
可装
2-3
节车皮）时，操作员开
启液
压泵，通过控制手柄放下（或移动）装车溜槽至装载位；按下“开始装车”按钮，装载
系
统按照设置参数开始配料，
缓冲仓所有闸门全部打开，
待定量仓
的煤量达到二次仪表里第
一个参数设定值时，
其中
4
个闸门关闭，
当达到第二个参数设定值时，再关闭
3
个闸门，
达
到第三个参数设定值时，
最后一个闸门关闭，
配煤完成；
同时操作盘上的蜂鸣器响，卸料闸
门打开按钮指示灯亮，
提示操作员装车就绪，
此时，
操作员可以按下卸料闸
门开按钮开始装
车，等定量仓煤放空后，
卸料闸门自动关闭，<
/p>
开始下一节车的配煤，与此同时列车向前行驶
带过两车厢之间的空
档距离，
当下一车厢到达装载位时，
配料完成可进行再次装车；
如此循
环便实现了连续定量自动装车。
3.1.2
液压泵的控制原理
装车系统的动力源是液压系统，
而这动力是由电机带动液压泵来提供
的，
所以液压泵工
作的正常与否直接影响装载系统，
乃至整个装车自动系统的正常运行。
装车系统的液压泵有
< br>过载、
低油位保护。
过载保护是由热过载继电器来实现的
；
低油位保护是通过低油位开关动
作报警来实现的，
低油位开关的工作原理是利用液体的浮力和电磁感应原理工作的，
当油位<
/p>
达到系统规定的液位时，
电磁浮子远离感应区，其辅助节点断开。
系统液位下降时，电磁浮
子也随着下降，
逐步接近感应区，当系统液位下降一定位置时，电磁浮子到达感应区，
其辅
助节点闭合，使
PLC
柜中的一个延时继电器（<
/p>
RLO
）吸合，其辅助节点断开，控制电路断开，
液压泵停止运行。同时给输入模块一个返回信号，在计算机屏幕上报警，提示装车员注意，
及时检查系统的某个位置漏油，
并通知检修工立即处理。
装车系统液压站还装有压力继电器
和温度传感器，
压力继电
器是监测系统压力，
如果装车系统压力过低，
压力继电器辅助节
点
闭合，给输入模块一个返回信号，系统报警提示装车员注意。
图
3-1
是液压泵的控制原理图。
从图上看出，
停止液压泵有两种方法，
一种
是操作员在
操作盘上按停止按钮，
另一种是在就地控制箱上按停
止按钮。
就地控制箱上装设启动、
停止
按钮是为了便于巡视工在巡视过程中一旦发现问题，
能够立即停泵，
避免事故进一步扩大造
成不必要的损失，
同时也方便检修工
检修。
我们还可以从控制原理图上得知，
两台液压泵不
能同时工作，互相闭锁，以避免系统压力过大，损坏液压管道和其他设备。另外，根据多年
生产中总结的经验，
后来新增加了一种保护，
就是在图上的操作盘停止按钮两端并接了装车
溜槽存放位置开关的一对常闭节点，
这样只要装车溜槽不在存放位置，
操作员在操作盘上停
不了液压泵，时刻提醒操作员装完车后或不装车时，一定要将装车溜槽移到存放位置。
< br>
图
3-1
液压泵控制原理图
3.1.3
胶带输送机的控制原理
<
/p>
快速装车系统所使用的胶带输送机驱动电机是高压电机，有
6KV
和
10KV
两种，这两种
控制原理是相同的，
从图上可以看出，
胶带输送机不
论在集中还是在就地启动、
停止都受远
程
PLC
控制。
在具备启车的条件时，
操作员在集控室发出启动胶带机指令，
本地
PLC
通过远
程通讯连接，按照编制好的程序，使远程
PL
C
的输出模块
（或
SDN
模块）
控制高压驱动电机
配电柜内的电气元件来实现
高压真空接触器的分合闸，
即胶带输送机的启动和停止。
胶带输
送机有打滑、跑偏、拉绳及防胶带纵向撕裂保护，还有高压柜里过流、欠压保护，此外，
还
有溜槽堵塞开关闭锁保护。
胶带输送机在启动时，
上述各种保护除了轻偏报警外，
其余的任
意一个报
警胶带输送机就不会启动运行的；
在胶带输送机运行过程中，
除
轻偏
（只报警不停
车）外，
任何一个保
护开关动作后，
胶带输送机就会停止运行。岗位工在胶带输送机运行过
< br>程中，
如果发现有异常情况需要紧急停车，
可以拉拉绳开
关和扳动跑偏开关到重跑偏位置来
停胶带输送机，
待胶带输送机
停止运行后，
向操作员和调度室汇报说明原因，
这样在胶带输<
/p>
送机发生一些恶性事故（撕裂、胶带输送机严重跑偏等等）时，能最大程度降低损失，避免
事故扩大。
3.1.4
给煤机的控制原理
如图
3-2
所示是给煤机的电气控制原理图。
给煤机的所
有返回信号
（其中包括断路器辅
助节点、热元件返回信号、零序
电流返回信号、运行返回信号、就的返回启动、停止信号）
全部接入输入模块，
给煤机的集中、
就地启动都受到
PLC
程序的控制。
具体运行过程：
在集
中控制时，
操作员启动胶带输送机，
然后在计算机屏
幕上选中要开启的给煤机，
所选中的给
煤机就开始运行，如果给
煤机出现故障，
操作界面就发出报警，提示操作员注意，
故障信
息
就会在报警列表中反映出来；
就地运行时，
< br>运转工按就地启动按钮，
处理器检测到启动按钮
的返回信
号，就给输出模块发出指令，输出模块的输出点动作，给煤机控制接触器吸合，给
煤机开
始运行。
给煤机与胶带输送机之间存在闭锁关系，
胶带输送机不运行，
给煤机就不能开启，
胶带
输送机运行是给煤机运行的先决条件，
这样可以避免压死胶带输送机
的事故。
装车系统在自
动或半自动模式下运行时，
给煤机的启动、
停止还受到缓冲仓料位信号的控制，
就是说当缓
冲仓的煤量达到总容积的
70%
（
180
吨）时，给煤机自动停止运行；待料位降至
50%
以下之
后，给煤机重新开启。
这样就避免缓冲仓发生满仓、防堵开关动作后造成的重负荷停车，否
则就
会影响正常的装车作业，
当胶带上的煤量过大时，
防堵开关来不
及动作，
还会造成胶带
输送机非工作面返煤，损坏相关设备，使
事故进一步扩大。
图
3-2
给煤机的电气控制原理图
第二节
控制系统的结构与性能
3.2.1
装车自动控制系统的结构及其主要功能
该系统主要由控制计算机、装载系统
< br>PLC
、操作盘、运输给料系统远程
PLC
、打印报表
计算机组成。
控制计算机：它是装车自动控制系统的重要组成部分，是装车员操作整个系统的工具，
其
操作系统一般是
WINDOWS2000
，因为
WINDOWS2000
稳定性、可靠性比其他操作系统高。其
中装有
RSLogix
编程、
RSView32
图形、
RSlinx
通讯软件，
RSLogix
编程软件是用来编制装
车自动控制系统控制程序，控制机电设备运行，以达到快速装车的目的；
RS
View32
图形软
件是用来绘制装车自动控制系统控制画面，
操作员可以通过画面上的功能键和屏幕切换按钮
在计算机屏幕上
选择和启动、
停止运输给料系统的皮带和给煤机，
以及防冻液自
动喷洒站的
喷洒设备。
还可以从计算机屏幕上看到装车自动控制
系统的运行情况，
如胶带机上给煤量的
大小、
< br>胶带机各类保护动作与否、缓冲仓和称重仓的煤位高低、各闸门的开关位置、液压系
统的压力及油温等等信息，方便于操作员掌握系统运转状况并及时发出指令。
装载系统
PLC
柜：
该
PLC
主要控制装载系统的各个电磁阀、
采集各种限位开关的返回信
号，
监测装车系统的煤位高低，
液压系统的油压、
油位等等。
组成部分
有电源模块、
处理器、
输入模块、输出模块、模拟量输入模块、
模拟量输出模块、缓冲仓料位计。电源模块为整个
机架提供电源；
处理器是整个自动控制系统的心脏，
它收集装车自动控制系统中各种传感器
的返回信号及操作员发出的指令，
并根据这些信息经过分析处理，
然后控制输出模块的输出
点，驱动相关设备运行和停止。
每块输入模块有
16
个控制点，
分别采集
16
个返回信号；
每
块输出模块也有
16
个控制点，
分别控制
16
台设备的启动和停止；
模拟量输入模块负责采集
缓冲仓料位计和称重传感器的模拟量信号；缓冲仓料位
计是实时监测缓冲仓内的贮煤情况，
从而通过程序控制给煤机的启动和停止。
操作盘：
是操作员实现快速装车的控制台。
主要部件有称重二次仪表、
溜槽四位操作手
柄、
装车系统运行方式选择开关、
1#
、
2#
液压泵的选择和启停开关、
检修
时用的排放料开关、
装载系统启停按钮、
装载系统急停按钮及特
殊功能键。
称重二次仪表用来设置称重仓的配料
量，四个参数值
可控制配料闸门的动作；四位操作手柄控制装车溜槽上、下、左、右移动，
根据不同车型
可不断改变溜槽的高低位置，
以保证装车质量；
装车系统运行方
式选择开关可
使系统处于“半自动”运行方式或“手动”运行方式，
“半自动”运行方式下，各设备间存
在闭锁关系，
“手动”
运行方式下，部分设备间的闭锁关系不存在，此方式主要用于检修；
装载系统急停按钮是
在遇到突发状况时使用的，
在系统故障或发生人身伤害时，
按下
后，
液
压系统的所有设备均停止运转，可防止事故的进一步扩大
。
给料系统远程
PLC
：控制整个运输给料系统的设备运行。其中安装有电源模块、远程适
配器、输
入模块、输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。输入模块采集给料系统胶
带输送
机的跑偏、
拉绳、
打滑、
防撕裂、
电机过流、
电源、
漏电保护和给煤机的过流
、
电源、
漏电保护等电气元件的返回信号，
然后由程序发出报警或停机指令；
输出模块控制给料系统
胶
带输送机和给煤机的启动、
停止；
模拟量输入模块采集皮带秤的
信号，
最终显示在集控操
作的组态画面中。
3.2.2
处理器的结构和功能
图
3-3
是处理器的前面板。从图上可以看到有开关
、指示灯、接口。
下面就将这些做一
简单介绍。
1
、钥匙开关（
Keysw
itch
）是用来选择处理器运行方式，它有三个位置可以选择：
⑴
编程方式（
< br>PROG
）
：在此方式下，处理器不运行程序，输出模块
没有输出，设备也就
不会运行。此时可以创建、修改、删除、保存梯形图文件程序、
SFC
和数据文件，也可将程
序保存到
EPROM
模块之中；
⑵
运行方
式（
RUN
）：在此方式下，处理器运行程序，输出模块有输出
，设备也就会按
程序运行。此时不可以创建、删除程序和数据文件；
⑶
远程运行方式（
REM
）
：在此方式下，处理器运行程序，输出模
块有输出，设备也就
会按程序运行。此时不可以创建、删除程序和数据文件；
2
、电池指示灯（
Battery
Status Indicator
）
：显示处理器电池电量，
指示灯不显示，
表示电池电量充足；指示灯显示红色，表示电池电量不足，应更换电池。
3
、强制状态指示灯（
Force
Status Indicator
）
：
指示灯不显示，
表示程序里没有强
制，反之，有强制。
4
、
处理器运行
/
故障指示灯
（
Processor Run/Fault Status Indicator
）
：
指示灯显
示绿色，表示处理器运
行正常；指示灯显示红色，表示处理器运行失败。
5
、通信指示灯（
Channel 0
Communication ANCTIVE/FAULT Status Indicator
）
：指
示灯不显示，表示通道
0
没使用；指示灯显示绿色，表示通道
0
< br>使用。
6
、通道指示灯（
Channel
Communication Status
Indicator
）
；原理同上。
7
、
EPROM
安装位置
图
3-3
处理器前面板
3.2.3
操作盘的功能
图
3-4
是操作盘的外观正面图。从图上可以
看出该操作盘由定量仓称重传感器二次仪
表、装车系统运行方式选择开关、
1#
、
2#
液压泵起停开关
、检修时用的排放料开关、
装载系统的启停按钮、缓冲仓闸门手动配料按钮、
卸料闸门开、关按钮、
装载系统紧急停车
按钮、剩余重量
/
手动打印、重读重量、跳过这节车皮特殊功能键。
图
3-4
是操作盘的外观正面图
定量仓称重传
感器二次仪表是装车自动控制系统计量的核心设备，
他直接确定一节车厢
所装煤的重量，
使用前，
必须经过地方计量部门校验，
校验准确后地方计量部门颁发检验证
书，然后方可投入使用。<
/p>
其内部有许多与计量有关的参数
（如传感器的特性曲线、
校验砝码
的重量等等）
，这些参数任何人不得改
变，以保证计量的准确性。操作员唯一能改变的参数
是有关装车配煤的四个参数，
这几个参数设置的合理性直接影响配煤速度，
从而影响装车速
度。
运行方式选择开关：系统有三种运行方式
，分别是自动、半自动、手动。当选择自动方
式时，
装载系统和
给料系统都按控制程序运行。
装车前操作员将胶带输送机瞬时运煤量参数、
装车节数、
每节装煤量、
该列总的装煤量参数输到计
算机中，
按启车按钮，
胶带输送机和给
煤机自动启车，
待装完时胶带输送机和给煤机自动停止。
运行过
程中的煤量控制，
由计算机
根据皮带称返回信号随时调节计量给
煤机的下煤量，
以保证胶带输送机上的给煤量保持事先
确定的给
煤量，
胶带输送机和给煤机之间存在一定的闭锁关系；
半自动运
行方式，
操作员在
计算机屏幕上按启车按钮，
< br>胶带输送机按逆煤流方向依次运行，
胶带输送机正常运行后，
操
作员在计算机屏幕上点击给煤机后，
给煤机运行，
此时，
胶带输送机上的瞬时给煤量不是自
动调
节的，
只能靠操作员在计算机屏幕上调节计量给煤机的下煤量或停止给煤机，
胶带输送
机和给煤机之间存在一定的闭锁关系，
待
装完时操作员在计算机屏幕上按系统停止按钮，
停
止胶带输送机
和给煤机；
手动方式：
在此方式下操作员在计算机屏幕上不能启
动胶带输送机
和给煤机，
运转工在现场通过按就地按钮启动和停
止胶带输送机和给煤机，
胶带输送机和给
煤机之间不存在任何闭
锁关系。
同时装载系统不自动配料，
操作员只能通过按操作台上
相应
的功能按钮装车，此时装车质量和数量都不十分准确。
<
/p>
装载系统启动、
停止按钮：在自动、半自动运行方式下，
此两个按钮功能是在液压泵运
行后，启动（停止）配料系统工作，也就是
说缓冲仓闸门打开，按称重传感器二次仪表设定
的数量开始（停止）向定量仓配煤。
定量漏斗门开、关按钮：在自动、半自动运行方式下，装车溜槽在
装载位置时，操作员
按打开（关闭）按钮，打开（关闭）定量仓闸门，装载系统开始（停
止）向车厢卸料；在手
动运行方式下，
打开按钮是点动的，
就是说操作员按住该按钮定量仓闸门打开，
松开按钮不
管料是否卸完定量仓闸门自动关闭。
缓冲仓闸门手
动卸料按钮：不论在什么运行方式下，操作员按住“全部闸门”按钮，缓
冲仓所有闸门都
打开，松开按钮闸门自动关闭；操作员按住“闸门
1
”按钮，缓
冲仓闸门
1
打开，
松开按钮闸门自动关
闭。
这两个按钮是在缓冲仓向定量仓配煤的数量不够时使用，
一
般情况不使用。
重读称重按钮：
在自动、
半自动运行方式下，
定量仓进煤的
重量超过称重传感器二次仪
表设定的重量时，操作员当装够一车厢煤时，按定量仓闸门“
关闭”按钮，这样定量仓还存
一定重量的煤，
此时控制程序认为
定量仓里的煤没卸，
装车系统就不会自动配煤，
此时操作
员需要按
“重读称重”
按钮，
控制程序就将定量仓所剩煤计入下一节计量中，
开始自动配煤。
装载系统紧急停车按钮：
不论在什么运行方式下，<
/p>
装载系统正常运行的情况时，
系统中
出现
意外情况，
需要马上停止装载系统运行，
否则会使事故扩大或损
坏设备，
在这种情况下，
操作员可按“装载系统紧急停车”按钮
，切断装载系统控制电源，液压泵停止运行，缓冲仓
和定量仓所有闸门自动关闭，整个装
载系统停止运行，待故障排除后，拔起“装载系统紧急
停车”按钮，装载系统控制电源恢
复，可以继续运行。
第三节
快速装车系统中的各类保护
3.3.1
胶带输送机打滑保护
<
/p>
胶带输送机的运行是靠胶带和驱动滚筒、
改向滚筒之间的磨擦力带
动的。
当胶带打滑时，
打滑检测装置不起作用，
驱动滚筒仍然转动
（因为驱动滚筒是由电机通过减速机直接驱动）
，
而改向滚筒的转速就会随着变慢或停止，
就可能会
造成胶带磨擦着火、
拉断、
撕裂等重大事
故的发生。
因此，
如果能够检测出改向滚筒的转速，与胶带的
转速相比较，
那么就能判断出
胶带是打滑。在胶带导向滚筒一侧
的内缘上，等距离的焊接了两套
M16
螺丝，调成一样的
高度，
螺栓头作为被测物体。被测物体的数量根据滚筒的转速确定，如
果滚筒转速高，
用一
个即可；
如果速度
慢，
可以等距离的使用多个。
目的是保证被测物体满足传感器的
响应时间。
XSA-V
型接近传感器
是
TE
电气专门用于旋转监测的接近传感器
（
Proximity
sensors
for
rotation monitoring
）
，其工作原理如图
3-5
所示。
图
3-5
XSA-V
传感器的工作原理图
当检测体所反应出的改向滚筒转速高于传感器设定速度
（改向滚筒正
常转速）
时，
开关
输出导通，
胶带输送机正常运行；
当转速低于设定速度
（改
向滚筒正常转速）
时，
输出断开，
计算
机屏幕上显示打滑报警，胶带输送机停止运行。
tr
是传感器响
应时间，可以通过传感
器上的电位器进行调整。
电气现场接线如图
3-6
所示。
图
3-6
电气接线
3.3.2
烟雾报警保护
为了防止煤尘或胶带运输机着火，
利用烟雾报警装置系统发生火灾报警，
同时还可以启
动消防系统进行自动灭火。
最常用的是
ZJB-3S
型保护装
置：
它的特点是：
采用隔爆型外壳，在输出本安
12V
直流的基础上，加
入了直流控制电路和大容量继电
器触电的输出，可方便的与各传感器配接，实现对某些中
小型设备和开关的控制保护作用。
主要性能及技术参数：
1
、直流输出为
12V
，
6
00mA
的电源（
E-D
）
，控制接口端为
K
。
<
/p>
2
、电源板上的
ZK
置“高”时，即当
K
为高电平时（小于
1/2E
）
，
JZ
、
JS
吸合自锁。
3
、接入传感器时，应考虑其动作时输出是高电平，还是低电平。
4
、继电器的常开触点驱动能力为电压
127
伏、电流
5
安；
220
伏、
3
安。
3.3.3
仓下给煤机高温报警
在我们实际生产过程中，
由于存在着一些给煤机运行时间间隔较长的问
题，
很可能造成
其上方的煤出现高温甚至自燃的情况，
从而对生产和设备造成一定的影响和危害。
为了解决
这个问题，
通过
PLC
程序监控每
一台给煤机的未运行时间来实现，
图
3-7
是其中一台给煤机
的
PLC
控制程
序：
T4
：
1/DN
TO
N
Ti
m
er
On
D
e<
/p>
la
y
Ti
m
er
T4
：
1
Ti
m
er
B
a
s
e
1.
0
Pr
es
et
3
6
0
0
Accum
C
TU
C<
/p>
ou
n
t
U
P
C
ou
n
t
er <
/p>
C
5
：
1
Pr
es
et
3
6
0
Accum
EN
DN
T4
：
1/DN
CU
DN
EN
DN
I
：
000/01
RTO
R
e
t
en
t
i
v
e
Ti
m
e
r
On
Ti
m
er
T4
：
2
Ti
m
er
B
a
s
e
1.
0
Pr
es
et
1
8
0
0
Accum
T4
：
2/DN
C5
：
1
RES
T4
：
2
RES
图
3-7
给煤机控制程序
< br>梯形图中
I
：
000/01
为某一台给煤机运行的输入点，
C5:1
为
该给煤机未运行的小时数，
T4:2
为
360
小时内该给煤机的运行时间。程序的运行是这样的，当某一台给煤机在半个月
(360
小时
)
内
运行时间不超过半小时的话，就将在报警记录中出现
“
某某给煤
机高温！
！
！
”
的
字样
(
我们是在
< br>RSView
软件的标记数据库中作报警的
)
，并且该报警一直存在，直到该给煤
机运行时间达到半小时后，
报警将自动解除。
如果半个月内运行时间达到半小时，
那么程序
中的计数器
C5:1
和计
时器
T4:2
将归零，而后重新开始计时。
通过这样一段程序，
再加上
RSVie
w
的显示与报警功能，
得以对每一台给煤机的运
行情况进行及时有效的监控，从而达到防止给煤机上方出现高温煤的目的。
3.3.4
拉绳保护
拉绳保护也叫急停闭锁保护，
当设备出现紧急情况或设备检修时，
利用设备旁边的拉线
使保护开关动作，起到设备急停和防止设备误启动的目
的。
它的作用有：
1
、设备急停；
2
、与控制回路闭锁，防止设备误启动。
图
3-8
为
KG9001A
拉绳开关电气原理图。所有开关接线均接常闭点
。
220V
火
K1
K2
输入模块
图
3-8
KG9001A
拉绳开关电气原理图
3.3.5
跑偏保护
为了防止胶带运输机皮带运输物料不均或其它原因胶带运输机皮带跑出滚筒和托辊的
< br>保护装置，叫跑偏保护。
跑偏保护分为一级跑偏和二级跑偏。一级跑偏动作时有一定的
延时时间。二级跑偏动
作时无延时时间。
它的作用主要是防止胶
带运输机皮带跑出滚筒和托辊，
造成大的事故和皮
带损坏。
图
3-9
为
K1007A
跑偏开关电气原理图。所有开关接线均接常闭点。
220V K1
K2
输入模块
图
3-9
K1007A
跑偏开关电气原理图
3.3.6
防纵撕保护
防止给煤机中的大块杂物进入胶带运输机后，造成胶带运输机胶带纵向撕裂的保护装
置，叫防纵撕保护。
图
3-10
XSA
V11801
接近开关电气原理图
工作原理：
在给煤机溜槽的出
口处安装保护装置，
装置由钢丝绳、
弹簧、
电子接近开关
等组成。开关安装为常开形式。当大块物料碰到钢丝绳时，接近开关断
口，无信号输出，控
制系统因采集不到信号而及时停胶带运输机停机，同时集控报警并显
示几号防纵撕动作。
3.3.7
溜槽堵塞保护
此保护装置由挡板、弹
簧、限位开关、入料口和出料口组成。当发生溜槽堵塞时，物料
通过开关入料口，克服弹
簧力，顶开挡板，挡板推动限位开关动作，进行事故停机和报警。
当堵塞故障解除时，<
/p>
物料不在从开关通过，
挡板在弹簧力的作用下自动复位，
限位开关也自
动复位。故障报警解除。
图
3-11
是
LDM-X(G)
堵塞开关的结构原理图。
图
3-11
LDM-X(G)
堵塞开关的结构图
1.
弹簧
2.
入料口
3.
挡板
4.
限位开关
5.
排料口
3.3.8
高煤位报警保护的工作原理
答：
系统根据缓冲仓料位计信号进行给煤机的自动起停。
当缓冲仓煤位出
现紧急高煤位
时，监控系统报警并急停胶带运输机，保护胶带运输机安全运行。
3.3.9
溜槽断电自动提升保护
伸缩溜槽是通过操作台上的操作手柄控制电磁换向阀来实现的上下提升的。
< br>在正常装车
过程中，如果供电系统突然停电，液压泵将无法继续正常工作，电磁阀
也无法动作，这时如
果火车又不能及时停车的话，
就很有可能造
成溜槽与车皮相撞的事故，
必然会在经济上造成
很大的损失。<
/p>
为了有效的预防此类事故的发生，
经过现场研究确定对
PLC
控制系统进行改造，
增加一个
15KVA
的
UPS
，由<
/p>
UPS
给
PLC
电源模块供电，停电后利用
UPS
电源实现溜槽自动提
升。
具体改造方案是：
将原控制电源
220V
及
PLC
电源模
块电源
220V
均改由
UPS
的输出提供；
其次在液压泵空气开关负荷侧引一火线
A
至中间继电器
C1
的线圈上，将
UPS
的火线
H
经中
间继电器
C1
的常开触点送至输
入模块上。电气原理图及梯形图如
3-12
所示：
图
3-12
溜槽断电自动提升电气原理
正常供电
情况下，中间继电器
C1
带电其常开触点、闭合。
UPS
电源
H
送至输入模块
I:005/14
，梯形图中
I:00
5/14
的常闭点为假，此时只有通过操作手柄才可控制溜槽的上下
移动。在突然断电情况下，中间继电器
C1
失电，其常开触
点断开，
UPS
电源
H
无法送至输
入模块
I
:005/14
，
故梯形图中其常闭点为真，
使输出点
O
：
016/13
也为真，
输出点
O
：
016/13
随即输出
220V
至电磁阀提升线圈
C2
上
，
从而利用液压油路中的余压将溜槽自动提起，
也就
杜绝了溜槽与车皮相撞的可能性。
3.3.10
系统电压、电流显示报警保护
系统通
过采集由变送器输出的
4-20
毫安标准电流信号，
PLC
进行数据转换后，在计算机屏
幕上动态显示
电压、电流数据。同时在
PLC
程序中设定其它参数，进行电压
、电流保护报
警。
第四章
称重系统
第一节
称重系统基本知识
4
．
1
．
1
称重系统的组成及结构
一般来说，一个简单的称重系统包
括一个容量可以被监测的容器，一个或几个所产生
信号与容器荷载成比例的称重传感器，
以及一个提供电源，放大、转换、显示传感器信号的
电气装置。
快速装车站中的称重系统由称重（定量）仓、称重传感器、称重仪表以及校验砝码等
组成。其中称重仓就是一个容量可以被监测的容器，而称重仪表则是一个提供电源，放大、<
/p>
转换、显示传感器信号的电气装置。
装
车称重系统及其各组成部分的位置可以通过图
4-1
清楚看出，
整个称重系统位于装
车塔楼的中下部，
除了称重仪表安装在控制
室操作台内，
称重仓、
称重传感器和校验砝码都
安装在缓冲仓与装载溜槽之间。
称重仓是一个独立的
仓体。它完全依靠四个称重传感器支承于装车塔楼钢结构上。称
重仓是称重系统的载荷接
收部分，
接收由缓冲仓进入的物料，
称重后从装载溜槽卸出。<
/p>
其最
大载重量一般为
100
吨。
称重传感器均匀安装在称重仓中下部的四周，
直接支承着称重仓。传感器随称重仓内
物料重量的变化而相应变化，输出与称重仓内物料
重量线性成比例的信号。
称重仪表为称重传感器提供激励电压
，接收称重传感器的信号，经过放大、转换等处
理后将称重仓内物料的重量显示到屏幕上
，同时能输出数字量或模拟量信号到
PLC
（可编程
控制器）
，控制缓冲仓进料闸门和称重仓卸料闸门的打开、关闭。整个称重
系统的初次校准
和日常检定也通过称重仪表来完成。
校验砝码一般是
10
个，每个重量为
1
吨，对称放置在称重仓的两侧。每个砝码都是通
过国家标准检定的、
重量精确的标准测重设备，
平时砝码与称重
仓是分离的，
需要的时候通
过液压装置将其与称重仓相连后提升
。
这样，
砝码重量就加到了称重仓上，
用来进行称重系
统的初次校准和日常检定。
< br>4
．
1
．
2
称重系统的功能
装车称重系统具有称重和控制两大功能。
缓冲仓
Surge Bin
给料闸门
Charging Gate
称重
（定量）
仓
Weigh Bin
称重传感器
Load Cell
校验砝码
装载溜槽
控制室
Control Room
卸料闸门
Discharge Gate
称重功能是称重系统的基本功能，是指称重系统能够精确地测量出称重仓内物料的重
量，
并在称重仪表屏幕上显示。
这一功能是
靠称重传感器实现的，
称重传感器能够将所受外
力的变化转换为
电压信号的变化。
利用这一原理，
对称重系统进行校准后，
称重传感器输出
的信号与称重仓内物料的重量成线性比例关系，再经
过称重仪表处理后显示物料的实际重
量，从而达到了称重的目的。
控制功能是指称重系统能够按照操作人员预先设置的每节车厢装载量来控制装车系统
图
4-1
称重系统的组成与位置
自动进料称重。
这个功能是通过
PLC
实现的，
称重仪表将称重仓内瞬时的物料重量用模拟量
或开关量信号的形式输出，
PLC
模拟量或开关量输入模块
接收后，处理器按照预先编好的程
序进行分析、判断，然后输出信号控制缓冲仓、称重仓
液压闸门动作，
完成装车系统的自动
进料称重功能。
4
．
1
．
3
装车系统自动进料称重的控制方式、工作原理及工
作过程
自动进料称重，通常我们也称其为自动配煤，根据
PLC
控制程序中所采用控制信号的
形式，
可以分为模拟量控制下的自动进料称重和开关量控制下的自动进料称重。
不论哪种控制方式，首先要进行每节车厢装载量的设置。我们知道，快速装车系统可
< br>以装载的车厢型号很多（
C61
、
C62
、
C63
、
< br>C64
、
C70
和
C80
等）
，由于不同型号的车厢标准
载重不同，
而且称重系统是根据预先设置的装载量自动控制进料称重的，
所以每次装车前都
要设置车厢的装载量。
不
同的车厢设置的装载量可能不同。
如果所装的一整列车是由不同型
号的车厢组成的，
也就是我们通常说的杂皮车，
那么装车过程
中可能需要不时更改每节装载
量的设置值。
4.1.3.1
模拟量控制下自动进料称重
如果我们
采用称重仪表的模拟量输出信号作为自动进料称重的控制信号，那么每节车
厢装载量一般
是通过工业控制计算机操作屏幕来设置的。
具体设置过程是：
装
车前进入控制
计算机装车操作界面，
确保计算机与
PLC
通讯正常，
调出车厢设置屏幕，
在每节装载量中输
入实际装车的重量数值，按回车键即可。
< br>
通过称重仪表模拟量信号控制称重装车时，当称重仓内物料重量在
0-100
吨之间变化
时，仪表输出信号相应地在<
/p>
4-20
mA
之间变化，将此信号接入
PLC
的模拟量输入模块，再经
过
PLC
内部计数器转换为
0-100
吨之间的变化，这样，
PLC
内部存储器中的
重量数值就等于
称重仓内实际的物料重量数值。
编写相应的控制程序，通过比较称重仓内物料重量和每节车厢装载量之间的数值大小，
就可以实现装车系统的自动进料称重过程。
在这种控制方式下，
设定重量与实际重量之间的
比较是在
PLC
中进行的。
以南非
TC
S
装车系统为例简要叙述一下模拟量控制下的自动进料称重过程。假设每节
车厢的装载量为
62.5
吨（
62500
公斤）
，我们只需在工业控制计算机操作屏幕内输
入
62500
即可。装车系统起动后，如果称重仓内物料重量小
于每节装载量的百分之九十二（
57500
公
< br>斤）且称重仓闸门关闭时，
PLC
输出开关量信号控制液
压系统将缓冲仓闸门全部打开进料；
当物料重量大于等于每节装载量的百分之九十二时，
PLC
控制缓冲仓闸门各关闭一半，由完
全进料变为精确进料；
此时进料量虽然减小，
但进料精确度提
高，
保证了称重系统的称重精
度。当物料重量大于等于每节装载
量的百分之九十九（
61875
公斤）时，
PLC
控制缓冲仓闸
门完全关闭，自动进料完成，系统具备
了装车条件。
操作人员手动打开称重仓卸料闸门进行装车，当
称重仓内物料重量小于等于程序中设
置的空仓重量（
500
公斤）时，表明称重仓已放空，
PLC
立即
控制称重仓卸料闸门关闭。一
旦称重仓闸门关闭信号输入，
缓冲
仓闸门将马上完全打开，
重复上述自动进料称重过程，
为
装下一节车作准备。如此循环，直到整列车装完。
< br>这里，我们把每节装载量的百分之九十二叫做一次关闭量，把每节装载量的百分之九
十九叫做二次关闭量。
一次关闭量、
二次关闭量的百分比以及
空仓量都可以根据现场装车实
际情况进行重新设置，前提条件是保证称重仓进料速度快、
称重精度高。
模拟量控制下的自动进料称重的优点在于每节车
厢装载量设置简单，操作人员只需输
入每节装载量一个参数，
其
它参数如一次关闭量、
二次关闭量就已经由程序自动计算出并设
定，特别是在装杂皮车时，减少了操作人员参数设置的次数，能避免一些人为失误。
<
/p>
模拟量控制的缺点是不断地信号转换造成设置的重量与实际重量之间有一定的误差，
导致装车称重精度不容易控制。
因此，
我们现
在更多使用的是开关量控制下的自动进料称重，
而模拟量信号大都用来给装车工控机操作
画面提供一个称重仓内物料重量的显示。
4.1.3.2
开关量控制下自动进料称重
采用称重
仪表的开关量输出信号作为自动进料称重的控制信号，那么每节车厢装载量
是通过称重仪
表键盘来设置的。此时称重仪表输出的控制信号是多路开关量信号，接入
PLC
的开关量输入模块。
具体设置过程是：
调出称重
仪表设定值的设置菜单，
在每一个设定值序
号下输入相应的重量
数值后，按回车键确认，全部设置完成后按运行键返回称重模式即可。
与模拟量控制不同，在这种方式下，设定重量与实际重量之间的比较是在称重仪表中
进行的。我们一般用四个设定点，也就是说需要在称重仪表内设置四个重量数值。美国
KSS
装车系统的第一个设定点表示第一次关闭缓冲仓闸门的数值，
< br>第二个设定点表示第二次关闭
缓冲仓闸门的数值，第三个设定点表示完全关闭缓冲
仓闸门的数值，即每节车厢的装载量，
这三个数字是逐步变大的。
第四个设定点表示空仓的数值，
这个数字最小，
一般在
500
公斤
以下。
每
个设定点在仪表内都对应有一个开关量输出继电器，
当仪表监测到称重仓内物料重
量大于某一个设定重量时，
该设定点对应的继电器就动作，
触点导通，
仪表输出信号到
PLC
。
其它装车系统的设定点并不一定按这个次序排列，
我们只能根据每个设定点数值的大
小来确定它是第几次关闭量。
编写控制程序，用这四个设定值的输入点来控制缓冲仓闸门的动作，可以实现装车系
统的自动进料称重过程。
以美国
KSS
装车系统为例简要叙述一下开关量控制下的自动进料称重过程。假
设每节
车厢的装载量也是
62.5
吨<
/p>
（
62500
公斤）
，
装车前先进行参数设置，
四个参数分别设定为
SP1
50000KG
；
SP2
58000KG
；
SP3 62500
KG
；
SP4 500KG
。装车系统
起动后，称重仓内没有物料
且闸门显示关闭，
PLC
输出开关量信号控制液压系统将缓冲仓闸门全部打开给称重仓进料；
仓内物
料重量迅速增加，当物料的瞬时重量大于第一个设定值（
50000
公斤）时，该设定值
对应的继电器吸合，触点导通，仪表输出信号到
PLC
，根据编好的程序，
PLC
控制四片缓冲
仓闸门关闭，
另外四片闸门继续进料，
从完全进料时期到了精确进料时期。
当仓内物料瞬时
< br>重量大于大于第二个设定值（
58000
公斤）时，第二
个设定值的信号就输入
PLC
，
PLC
控制
再关闭三片缓冲仓闸门，
只留一片
闸门继续进料，
进料速度更慢，
但称重精度更高。当仓内
物料瞬时重量大于大于第三个设定值（
62500
公斤）时，缓冲仓闸门全部关闭。此时四个设
定点的继电器全部处于吸合状态，开关
量控制下的称重仓自动进料称重过程完成。
正常情况下，上述
过程中从完全进料开始到自动进料称重完成的时间仅仅为
6
秒至
8
秒。
操作
人员手动打开称重仓卸料闸门进行装车，随着称重仓内物料逐渐装入火车车厢内，
四个设
定点的继电器按照数值大小依次复位，
当第四个设定点对应的继电器复位后，
称重仓
内物料重量已经小于空仓重量，表明称重仓已放空，
PLC
立即控制称重仓卸料闸门关闭。一
旦称重仓闸门
关闭信号输入，
缓冲仓闸门将马上完全打开，
重复上述自动给料
称重过程，
为
装下一节车厢作准备。如此循环，直到整列车装完
。
开关量控制的最大缺点是在装杂皮车时，操作人员要不停地
调整仪表内的设定值，很
容易造成人为失误，影响装车生产。
4
．
1
．
4
称重系统的校准
作为一种特殊的计量器具，称重系统在安装调试完毕后，必须要经过校准后方可投入
使
用。
通过校准来确定系统的称重量值，
使系统所指示的量值与标
准量值一致，
保证系统的
称重精确度。
称重系统的校准是通过称重仪表的校准功能来实现的。当称重仓完全空仓时，称重仪
表存储器保存一个与零相对应的计数器数值；
当给称重仓加上一定的
已知重量后，
仪表也保
存一个与已知重量相应的计数器数值。<
/p>
由于称重传感器与物料重量之间成线性比例关系，
因
此通过这两点就确定了一条表明仪表指示重量与仪表计数器数值之间关系的直线，
直线的斜
率就是仓重与计数器数值的比例因数。
比例因数的
确定就意味着称重系统的量值确定了，
称
重仓内物料重量就可以
准确地被测量显示出来。
用来校准的已知重量应该选取多大，
根据所使用的称重仪表来确定，有的仪表需要称
重仓额定重量的百分之一就行，
有的则需要百分之二十五。
但所有仪表都强调，
进行间隔校
准时，所加的已知重量越接近称重仓的额定载重量越好，系统的精确度越高。
称重系统的校准过程很简单，分为两个步骤。首先进行零点校
准，确保称重仓已完全
放空，
并不受其他外力影响，进入称重仪
表校准菜单，选择零点校准后确定，完成后保存结
果。然后进行间隔校准，
提升校验砝码，
确保其重量完全加到了称重仓上，
在
仪表校准菜单
中选择间隔校准，
按照提示将砝码总重量数值输入
仪表内后确定，
完成后保存结果。
将砝码
放下，系统校准完成。
4
．
1
．
5
装车称重系统
的称重精度以及影响其的因素
装车称重精度是指装车称重系统
静态称重精度，也就是称重仪表显示的重量与用于测
试称重仓的质量标准计算出的实际重
量之间的差值。
无论单节车厢还是整列车，
静态称重精
度一般为±
0.1%
，这是装车系统通用的一个
技术参数。
实际上，地方质量技术监督部门在平时对我们称重
系统进行检定时，提出的称重精度
为称重仪表最小分度值的
1.
5
倍，也就是说仪表的数字如果是
50
公斤一变化，那么称重系
统的精确度就是
75
< br>公斤。这时，如果仪表显示的重量与砝码加上去重量的差值在此范围内
的话，就算
检定合格。
称重系统的精确度与仓体设计、支撑结构、环境条
件、传感器的选型、称重仪表的选
型、称重系统的安装（包括仓体、传感器、仪表等的安
装）
、和缓冲仓的连接、和液压设备
的连接等都有关系。
实际装车过程中，称重系统的精确度还与缓冲仓煤位的多少、所装的
煤种煤质、液压
系统性能的高低等都有关系。
第二节
称重传感器
4
．
2
．
1
传
感器的定义
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之
有确定对应关系的、便于应用的某
种物理量的测量装置。包括以下几个方面的含义：
⑴传感器是测量装置，能够完成检测任务；
< br>⑵它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；
⑶它的输出量是某种物理量，并便于传输、转换、处理、显示等，主要是电量；
⑷输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
4
．
2
．
2
传感器的组成以及各组成部分的作用
<
/p>
传感器一般有敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。如图
4
-2
所示。
其中敏感元件是直接感受
被测量，
并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换
元
件将敏感元件的输出作为输入，
并转换成电路参数量。
转换电路将电路参数量转换成电量输
出。
电量
被测量
敏感
转换
转换
元件
元件
电路
图
4-2
传感器的组成
4
．
2
．
3
传感器的分类
可以用不同的观点、
角度对传感器进行分类，例如：按传感器的工作机理可分为物
理型、
化学型、生物型等；
按传感器的构成原理可分为结构型和物性型；
< br>按传感器的能量转
换情况分为能量控制型和能量转换型；
按传感器的物理原理分为电参量式、
磁电式、
压电式、
光电式、热电式、波式、射线式、半导体式等；按传感器的使用可分为称重传感器、位移传
感器、压力传感器、温度传感器等。
因此称
重传感器从所起的作用来看属于称重计量类，从工作机理上看应该属于物理型，
从构成原
理上属于结构型，
从能量转换情况属于能量转换型，
从物理原理
上看应该是电参量
式。
4
．
2
．
4
称重传感器的作用、结构及工作原理
称重传感器是专
门用来测量拉、
压力的传感
器。它能将被测的力转换成电压或电
流信号。
称重传感器属于电阻应变式传感器。
由弹性
敏感元件和粘贴在其中的电阻应变片组成。弹性
敏感元件一般采用高强度不锈钢制成，可以承受
外部很强的拉压力；电阻应变片输出与外
力成比
例的电信号。
电阻应变式传感
器的基本原理是将被测量
图
4-3
电阻应变片的结构
的变化转换成传感
元件
（应变片）
电阻值的变化，
1-<
/p>
粘合层
2-
基底
3-
粘合层
4-
盖片
5-
再经过转换电路变成电信号输出。
敏感栅
6
引出线
当金属丝在外力作用下发生
机械变形时，
其
电阻值将发生变化，这种现象被称为金属的电阻
应变效应。电阻应变式传感器就是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的。
电阻丝应变片是用直径为
0.025
mm
具有高电阻率的电阻丝制成的。其结构如图
4-3
所