选煤厂皮带秤光纤通信的实践应用分析

0引言

选煤厂作为煤炭加工的重要环节,其生产效率及安全稳定性对煤炭行业的发展具有重要意义。RS485通信技术作为选煤厂生产过程中的重要手段,具有高精度、高可靠性等优点,因而广泛应用于煤炭计量和监控。然而,雷电对RS485通信的干扰和破坏往往会导致生产中断和安全事故,因此,防雷措施在选煤厂中的应用显得尤为重要。在华荣能源股份有限公司精煤分公司第一洗煤车间生产过程中,皮带秤系统作为重要的数据获取手段,为生产人员提供了原煤量、精煤量、矸石量等关键数据。然而,在雷雨季节,皮带秤常因雷击导致仪表数据不稳定或故障。受雷击影响的皮带秤往往正处于生产中,无法及时进行维修,从而影响了相关生产数据的提供。

1皮带秤构成及原理

皮带秤作为选煤厂生产过程中的计量设备至关重要,其主要由秤体、称重传感器、测速传感器、计量仪表和通信板等部分组成。皮带秤的核心工作原理是对物料重量和皮带速度进行测量,通过两者的协同计算来实现精确的物料计量。经过技术人员和检修人员的深入调查,发现皮带秤的故障主要集中在通信板和测速传感器上。这些问题不仅增加了检修与维护的难度,还使得相关成本大幅上升。同时,由于这些部件的损坏,维修时间也大大延长,给正常的生产流程带来了不利影响[1]。

1)称重传感器:当物料通过秤体时,计量托辊会将皮带上的载荷通过杠杆原理传递给称重传感器。称重传感器的作用是将接收到的力信号转换成一个电压信号,这个电压信号与物料的重量成正比关系。

2)测速传感器:测速传感器是通过检测皮带秤转动轴的转速来工作,它将转速信息转换成一个脉冲信号,这个脉冲信号与皮带的实际速度成正比。

3)计量仪表:计量仪表的作用是接收来自称重传感器和测速传感器的信号,并通过积分运算的方式计算出物料的瞬时流量。具体的计算公式为:流量(t/h)=单位长度物料重量×皮带速度。

4)通信板:通信板是皮带秤系统中负责数据传输的关键组件,它能够将计量仪表收集到的数据通过各种通信协议发送到其他设备或系统中,实现数据的远程监控和管理。

2皮带秤现存问题及原因分析

华荣能源股份有限公司精煤分公司第一洗煤车间作为一座始建于1970年的矿区型选煤车间,其设计入选原煤能力高达3.00 Mt/a,并实行早、中、晚三班生产制度。厂区内物料运输主要依赖于皮带运输机,厂区历史悠久,建设时充分考虑了地形地势因素,因此厂区范围广阔,皮带运输线较长。目前,该厂区共配备有各种类型的皮带运输机48条,总长度超过2500m。其中皮带运输机上安装的皮带秤共计9台,其计量数据传回集控室的距离最远可达1 500m,每当雷雨季节,集控室中皮带秤系统接收到的数据就会出现严重的失真,且现场仪表通信模块常常发生损坏。

原因分析如下:一是雷电产生的强电磁场会干扰485信号传输,导致数据丢包、误码率上升,影响皮带秤的实时计量精度[2];二是雷雨天气下,湿度增加可能导致信号线绝缘性能下降,进一步放大电磁干扰风险;三是皮带秤的弱电系统(如称重传感器、仪表)与485总线相连,雷电通过通信线路侵入设备,可能造成传感器漂移或永久性损坏;四是长距离485传输线暴露在户外,易受雷击或感应雷影响,产生瞬态高电压(可达数千伏),导致RS485收发器击穿损坏,甚至引发线路板烧毁;五是雨季高湿度环境易使485接口或线缆接头氧化锈蚀,导致接触不良、信号衰减甚至短路。这些干扰会导致皮带秤测量误差增大,甚至造成设备损坏,严重影响选煤厂的生产过程。

3 RS485通信与光纤通信的原理及区别

现有的皮带秤厂家仪表数据与PC端之间采用的大部分是RS485通信,RS485总线是一种常见的皮带秤通信方式,它具有较高的通信速率和抗干扰能力,其工作原理是利用平衡双绞线作为传输媒介,通过差分信号进行数据传输,从而实现远距离、高速率的通信。但是由于受到传输距离、通信速率和电磁干扰等因素的影响,RS485总线的通信稳定性时常会受到影响。

光纤通信则是目前较为先进的通信技术之一,其工作原理是利用光的传输进行信息交换。光线在光纤中传输时,由于全反射的作用,可以实现远距离、高速度、低损耗的传输。与传统的电线相比,光纤具有不受电磁干扰、信号稳定、保密性好等优点[3]。

与RS485总线相比,光纤通信具有更高的通信速率、更远的传输距离和更好的抗干扰能力。同时,光纤不受电磁场的影响,可以应用于高电压、大电流等强电磁干扰的场合,提高了通信的稳定性和可靠性。

4皮带秤光纤通信的实际应用

对皮带秤结构及通信线路进行分析,结合现场调研实际情况,对皮带秤进行改造。

第一洗煤车间有704#、703#、701#、772#、201#、218#、760#、826#、901#合计9台皮带秤,计量数据由现场皮带秤通过485总线汇聚至重介31#配电室,再由配电室传输至集控室电脑中,如图1所示。

为了提高皮带秤通信的可靠性,在皮带秤上使用光纤通信代替传统的RS485总线。具体实施方案如下:

4.1光纤转换器工作原理

UT—277 是 多 功 能 的 支 持 异 步RS232、RS485、RS422通信接口的光纤MODEM,是连接远程终端单元 (RTU)到主机 (HOST)或分布式数据采集系统(SCADA)控制器的较好选择,支持RS232、RS485、RS422多种异步通信协议,可以同时混合使用两个RS232、RS485或RS422接口,支持2线(半双工)RS485和4线(全双工)RS422工作方式。UT—277的RS485方式支持数据(TXD或SD)发送控制,从而提高了适应各类软件的能力,也简化了控制方式。光纤MODEM支持异步串行口之间的多种光纤连接方式,它支持两个异步串行口的设备通过光纤进行全双工或半双工通信,通信距离可达多模4 Km、单模20 Km。RS232信号的传输速率为115.2 KB/S,RS485/RS422的信号传输速率可达460 KB/S,并提供EMI/RFT特性。

4.2将原来的RS485总线传输转换为光纤传输

使用双向串口RS232/RS422/RS485转光纤收发器将数据信号转换为光信号,再通过光纤传输至集控室皮带秤系统中。接线示意图如图2、图3所示。

4.3 在皮带秤电源上加装防浪涌开关、稳压器等防雷装置

为了防止雷击对设备造成损坏,可以在皮带秤电源开关上加装防雷装置,从而有效吸收和排泄外部的强电流,保护设备和数据的安全。

改造完成后,在实际运行过程中发现,采用光纤防雷系统后,皮带秤的测量误差明显减小,设备损坏率也大幅降低。这表明光纤技术在皮带秤防雷中具有显著优势,能够有效提高皮带秤的测量准确性和稳定性,为保障选煤厂的安全生产提供有力支持。

5效益分析

皮带秤光纤防雷改造完成后的经济效益主要有以下几个方面:1)改造后故障率降低,皮带秤至今未出现因雷击导致的故障,皮带秤仪表使用周期延长。

2)改造后检修维护更加方便,所需时间和工作量也相应减少,人员检修维护的时间大幅缩短,大大降低了职工的检修工作量,有效减轻了职工的劳动强度。

皮带秤光纤防雷改造完成后,皮带秤故障率得到极大的降低,减少了职工检修维护工作量,生产数据得到有力保障;另外,仪表损耗明显减少,节约了生产成本,具有非常显著的安全效益和社会效益。

6皮带秤光纤通信的不足与优化

6.1皮带秤与PC端光纤通信的不足

PC端与皮带秤之间光纤通信的不足体现在光纤的敷设、连接和维护上。光纤在敷设过程中易发生过度弯曲、拉伸等损伤,从而导致光纤传输途中光信号产生衰减,光纤转换器采集不到光信号,导致通信失败。

6.2皮带秤通信方式的不足

虽然皮带秤在硬线传输上采用的是光纤传输,但是皮带秤终端与PC端采用的通信方式依然为485通信协议。当现场其中一台皮带秤发生故障时,PC端处的485汇聚总线将出现异常电压差,导致皮带秤计量采集通信失败,不能有效指导生产。

485协议,也被称为RS485,是一种电气接口标准,用于在串行通信中传输数据。它是一种多点通信标准,允许最多32个设备通过一对双绞线进行通信。如图4所示,将485通信协议通过网关改为TCP/,P通信,由光纤交换机作为皮带秤与PC端通信之间的纽带,各皮带秤与其分光纤交换机之间采用TCP/,P通信,分光纤交换机1#~9#与主光纤交换机的硬线传输模式采用环网通信方式,电脑PC端通过TCP/,P通信读取各台皮带秤的数据。通过构建环形拓扑结构,网络中的每个节点都与两个相邻节点相连,形成一个闭合的环路。这种结构设计使得数据可以在环路中双向传输,一台皮带秤发生故障时,皮带秤采集数据能够迅速通过另一条路径绕行,确保通信的连续性。皮带秤故障维修时,亦可通过,P锁定发生故障的皮带秤所在位置,从而提高检修效率。

7结论与展望

通过本文的研究和分析可以得出以下结论:

1)雷电对皮带秤设备的干扰是造成选煤厂生产过程不稳定和产品质量下降的重要原因之一。

2)光纤技术在皮带秤防雷中具有显著优势,能够有效抵抗雷电干扰,提高皮带秤的测量准确性和稳定性。

3)采用光纤防雷系统的皮带秤在实际运行中表现出良好的防雷效果,为选煤厂的安全生产提供了有力保障。

光纤通信在选煤厂皮带秤系统中的应用,不仅提高了数据传输的效率和准确性,还确保了数据的稳定性和安全性。通过光纤通信,可以实现对选煤厂皮带秤系统的远程监控和管理,提高了工作效率和安全性。未来,随着光纤通信技术的不断发展,其在选煤厂皮带秤系统中的应用将会更加广泛和深入。

[参考文献]

[1]曹来洋.洗选厂产品质量自动化控制设备改造升级方案[J].科技情报开发与经济,2011,21(12):223—225.

[2]王慧,秦清松,陈乃阔,等.电子产品电磁兼容与防护技术应用研究[J].科技与企业,2015(24):191.

[3]楼华辉,李题印,姚海燕,等.R5—485双绞线总线与塑料光纤电信息相互转换研究与应用[J].科技资讯,2018,16(5):43—44.

《机电信息》2025年第18期第15篇