潘戰(zhàn)武 ，王恒通 ，卜繼鋒

（1.天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020；2.大型電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅天水741020）

1 引言

近年來(lái)，隨著自控技術(shù)的廣泛普及和新產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，某些舊的自控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日漸提高的技術(shù)和性能層面的需求。

輸煤皮帶自控系統(tǒng)是火電廠輸送燃料的主要系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由斗輪堆取料機(jī)、給煤機(jī)、皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、篩煤機(jī)、犁煤器、除塵系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)、警鈴系統(tǒng)、煤倉(cāng)系統(tǒng)等組成，具有設(shè)備布置廣而分散、線路冗長(zhǎng)、工作沿線粉塵大、噪音大等特點(diǎn)。

警鈴系統(tǒng)是輸煤皮帶自控系統(tǒng)中不可或缺的安全警示系統(tǒng)，它主要由分布在輸煤皮帶沿線的警鈴組成。在輸煤皮帶自控系統(tǒng)開(kāi)機(jī)前，由主控室操作人員操作預(yù)啟打鈴按鈕，指令經(jīng)由PLC控制系統(tǒng)傳輸至就地操作箱上的警鈴電源中間繼電器，繼電器接通后，警鈴帶電開(kāi)始自動(dòng)打鈴，提醒輸煤沿線的運(yùn)行人員設(shè)備即將啟動(dòng)，應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。但由于火電廠的輸煤皮帶一般均由甲、乙兩側(cè)組成，且并行于同一沿線內(nèi)，當(dāng)輸煤沿線設(shè)備啟動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，而且警鈴聲一致，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行人員很容易對(duì)啟動(dòng)的設(shè)備產(chǎn)生誤判，故存在著一定的安全隱患。

由于上述情況的存在，為了減少和避免安全事故的發(fā)生，傳統(tǒng)的做法是采取一種或多種呼叫輔助系統(tǒng)：（1）對(duì)講機(jī)系統(tǒng)：主控室和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員均配備一臺(tái)對(duì)講機(jī)，隨時(shí)互動(dòng)呼叫。其缺點(diǎn)是在輸煤系統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下，大噪音導(dǎo)致聽(tīng)不清語(yǔ)音指令，遠(yuǎn)距離通訊信號(hào)差或地下無(wú)信號(hào)，對(duì)講機(jī)電量耗盡等。（2）語(yǔ)音呼叫擴(kuò)音系統(tǒng)：主控室放置一臺(tái)呼叫麥克風(fēng)，輸煤皮帶生產(chǎn)沿線按需分布若干高音喇叭，主控室操作人員對(duì)沿線進(jìn)行語(yǔ)音發(fā)布指令。其缺點(diǎn)是語(yǔ)音在大噪音空曠范圍傳播時(shí)，容易形成聲音的二次疊加，導(dǎo)致聲音失真，現(xiàn)場(chǎng)工作人員離喇叭太遠(yuǎn)時(shí)聽(tīng)不清語(yǔ)音，且與現(xiàn)場(chǎng)噪音疊加造成更大的噪音污染，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員造成聽(tīng)力傷害。其次，對(duì)于沒(méi)有語(yǔ)音呼叫系統(tǒng)的老電廠，若新增該系統(tǒng)，則造成成本高、施工難度大、施工周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

針對(duì)上述各系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及存在的缺點(diǎn)分析，我們?cè)O(shè)計(jì)使用了聲光語(yǔ)音警示裝置，其擁有的特性足以替代和彌補(bǔ)其他系統(tǒng)的不足。

2 設(shè)備功能描述

聲光語(yǔ)音警示裝置主要由長(zhǎng)壽命高亮度LED燈與高分貝擴(kuò)音喇叭組成。LED燈設(shè)有IP56防護(hù)等級(jí)的透明保護(hù)罩，喇叭則內(nèi)置在IP56防護(hù)等級(jí)的鋁合金殼體中。內(nèi)置音量調(diào)節(jié)器和音調(diào)選擇開(kāi)關(guān)，并內(nèi)置SD卡，可自由錄制或擦除語(yǔ)音。工作電源為AC110～220V或DC12～24V可選，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求定制。

聲光語(yǔ)音警示裝置具備警燈和聲音同步提醒的功能，不同設(shè)備采用不同的語(yǔ)音，附近運(yùn)行人員很容易通過(guò)警燈閃爍和語(yǔ)音提醒辨別啟動(dòng)的設(shè)備。采用該裝置解決了傳統(tǒng)警鈴聲辨識(shí)度差、需要對(duì)講機(jī)系統(tǒng)和語(yǔ)音呼叫系統(tǒng)等諸多設(shè)備的不利因素，具有成本低、老電廠改造升級(jí)施工簡(jiǎn)單快捷等優(yōu)點(diǎn)，且該裝置使系統(tǒng)變得更加可靠和簡(jiǎn)潔，也方便了現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行和維護(hù)。

3 改造項(xiàng)目實(shí)例

本文著重闡述基于某火電廠的輸煤皮帶安全警示系統(tǒng)。某電廠于2006年投產(chǎn)，有12條皮帶（1號(hào)AB皮帶、2號(hào)皮帶、3號(hào)皮帶、4號(hào)AB皮帶、5號(hào)AB皮帶、6號(hào)AB皮帶、7號(hào)AB皮帶），2臺(tái)碎煤機(jī)（AB碎煤機(jī)），2臺(tái)篩煤機(jī)（AB篩煤機(jī)），2臺(tái)斗輪機(jī)（AB斗輪機(jī)），2臺(tái)給煤機(jī)（AB葉輪給煤機(jī)）。在皮帶沿線設(shè)置了數(shù)量不等的警鈴，在碎煤篩煤機(jī)室、斗輪機(jī)、給煤機(jī)設(shè)備旁也分別按需設(shè)置了數(shù)量不等的警鈴。

該廠原輸煤警示系統(tǒng)采用以警鈴系統(tǒng)為主、對(duì)講機(jī)聯(lián)系為輔的方式。在輸煤系統(tǒng)運(yùn)行期間，存在著設(shè)備運(yùn)行時(shí)噪音大和對(duì)講機(jī)信號(hào)差或?qū)χv機(jī)電池失電等諸多因素而造成的安全隱患問(wèn)題，故此對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)改造。

綜合考慮其生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工況環(huán)境，我們從警鈴硬件設(shè)備入手加以改造，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)輸煤皮帶自控系統(tǒng)的預(yù)啟警鈴程序進(jìn)行了修改，形成了一套更加人性化且易用易維護(hù)的聲光語(yǔ)音警示系統(tǒng)，可在對(duì)講機(jī)呼叫系統(tǒng)輔助方式情況下消除和避免舊警鈴系統(tǒng)所帶來(lái)的諸多隱患，并能提供快速準(zhǔn)確的信息提示，有效改善了輸煤生產(chǎn)線的安全狀況。

3.1 舊警鈴系統(tǒng)情況概述

原有的警鈴系統(tǒng)按皮帶類(lèi)和其他設(shè)備兩大類(lèi)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。

（1）皮帶類(lèi)：一般按沿皮帶走向每隔30～50米設(shè)置1只警鈴，警鈴安裝在皮帶托輥支架中下位置。沿皮帶支架敷設(shè)穿線鍍鋅鋼管，用于敷設(shè)警鈴的工作電源線。一條皮帶線的多只警鈴的工作電源線應(yīng)并聯(lián)，如圖1所示。

圖1 皮帶類(lèi)警鈴工作電源示意圖

（2）其他設(shè)備：一般設(shè)置1到2只警鈴，警鈴安裝在靠近設(shè)備旁的顯眼位置，從該設(shè)備就地控制箱/柜中敷設(shè)警鈴的工作電源線，若有多只警鈴，則多只警鈴的工作電源線應(yīng)并聯(lián)工作，如圖2所示。

圖2 其他類(lèi)設(shè)備警鈴工作電源示意圖

3.2 改造方案

該電廠的輸煤線已運(yùn)行多年，部分設(shè)備和線路已老化，存在安全隱患。故此第一步，先全面排查與警鈴系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的所有電氣設(shè)備和線路狀況，重新繪制設(shè)備布置和線路走向工程圖，并與舊警鈴系統(tǒng)完工交付圖紙對(duì)比，查漏補(bǔ)缺，著重標(biāo)注異同部分，并對(duì)異同區(qū)域進(jìn)行二次排查，以確保線路關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性。第二步，按照現(xiàn)場(chǎng)工況規(guī)劃聲光警示裝置的安裝點(diǎn)。皮帶類(lèi)設(shè)備每隔50米安裝一只，其他類(lèi)設(shè)備按需布置一只或多只，有大噪音設(shè)備集中的區(qū)域可酌情增設(shè)。第三步，逐步拆除舊設(shè)備并安裝新設(shè)備，這樣做在提高施工周期的同時(shí)又減少了施工對(duì)正常生產(chǎn)的影響。第四步，在現(xiàn)場(chǎng)硬件改造完成后，對(duì)輸煤自控系統(tǒng)內(nèi)的警鈴控制邏輯進(jìn)行改造，以滿足實(shí)際工況的要求。

3.3 控制原理

警示系統(tǒng)由PLC和聲光語(yǔ)音警示裝置兩部分組成。PLC中編寫(xiě)用于控制警示裝置的動(dòng)作邏輯，聲光語(yǔ)音警示裝置則安裝在設(shè)備附近。

圖3 警示系統(tǒng)控制流程簡(jiǎn)圖

警示系統(tǒng)控制程序邏輯示意圖如圖3所示。在輸煤皮帶就地控制箱上將控制方式開(kāi)關(guān)切換為遠(yuǎn)方控制。當(dāng)操作員點(diǎn)擊設(shè)備預(yù)啟遠(yuǎn)方自動(dòng)按鈕后，則該設(shè)備會(huì)按預(yù)啟程序自動(dòng)執(zhí)行。PLC發(fā)出啟動(dòng)指令至輸出繼電器，輸出繼電器接通就地控制箱，就地控制箱內(nèi)的警示裝置中間繼電器工作，警示裝置得電工作，按照不同的設(shè)備進(jìn)行語(yǔ)音和聲光提示，比如1號(hào)甲皮帶，語(yǔ)音可錄制為“1號(hào)甲側(cè)皮帶即將啟動(dòng)，請(qǐng)注意安全＋若干秒警鈴音”，語(yǔ)音播放的同時(shí)伴隨信號(hào)燈的閃爍提示。為保證各工作區(qū)域段的運(yùn)行人員有充足的工作準(zhǔn)備，通?？稍陬A(yù)啟控制邏輯中加入30到60秒不等的聲光持續(xù)工作延時(shí)及時(shí)間間隔，如工作20秒停頓10秒，再次工作10秒間隔10秒后設(shè)備啟動(dòng)，如圖4所示。

圖4 警示系統(tǒng)控制程序邏輯示意圖

警示系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)的其他功能如下：

（1）聲光警示裝置的工作時(shí)間和間隔時(shí)間均設(shè)置為可調(diào)，可由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際工況分別對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)置。

（2）設(shè)備在預(yù)啟過(guò)程中，突然出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切斷預(yù)啟指令并在監(jiān)控畫(huà)面中彈出預(yù)啟失敗警告。

（3）在實(shí)際應(yīng)用中，為了增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在就地控制箱端還增設(shè)一組時(shí)間繼電器，接入預(yù)啟回路中，當(dāng)就地箱控制方式切到“就地”狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員可在就地箱上按下預(yù)啟按鈕，時(shí)間繼電器按照設(shè)定持續(xù)工作直至設(shè)備啟動(dòng)完成，確保當(dāng)遠(yuǎn)程控制方式失效時(shí)，手動(dòng)就地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常啟停。

3.4 改造效果分析

（1）遠(yuǎn)程操做時(shí)，主控室操作人員按下設(shè)備預(yù)啟按鈕后，現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備聲光警示裝置開(kāi)始工作，發(fā)出語(yǔ)音和光閃爍提示，如啟動(dòng)1號(hào)乙側(cè)皮帶，則現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出“1號(hào)乙皮帶即將啟動(dòng)，請(qǐng)注意安全”，并伴隨光閃爍警示，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員很容易辨別啟動(dòng)的是哪臺(tái)設(shè)備。

（2）當(dāng)PLC出現(xiàn)故障或遠(yuǎn)程操作有問(wèn)題時(shí)，可將就地控制箱的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到“就地”模式，此時(shí)運(yùn)行人員按下該設(shè)備的就地控制箱上的預(yù)啟按鈕，時(shí)間繼電器會(huì)按照設(shè)定的邏輯自動(dòng)進(jìn)行聲光警示，現(xiàn)場(chǎng)效果一致，該模式常用于突發(fā)狀況或檢修后就地試機(jī)。改造后的聲光語(yǔ)音警示裝置系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

圖5 聲光語(yǔ)音警示裝置系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

聲光語(yǔ)音警示裝置具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、語(yǔ)音設(shè)置靈活、聲光同時(shí)警示醒目易見(jiàn)等優(yōu)點(diǎn)，其可替代傳統(tǒng)的警鈴，系統(tǒng)升級(jí)改造簡(jiǎn)單易行、安裝維護(hù)方便、性?xún)r(jià)比高，可大大地提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全，并能有效地降低安全隱患。按本文方案所設(shè)計(jì)的聲光語(yǔ)音警示裝置已在多個(gè)火電廠項(xiàng)目上應(yīng)用，達(dá)到了理想的控制效果。該警示系統(tǒng)方案具有很強(qiáng)的靈活性，且在此基礎(chǔ)上稍作改動(dòng)，便可應(yīng)用于各種生產(chǎn)場(chǎng)合，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。