帶式輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：帶式輸送機(jī)是一種連續(xù)性物料輸送設(shè)備，在礦山、電力、化工、食品和港口等領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用。該文介紹了帶式輸送機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)備組成、工作過程與發(fā)展趨勢，具體討論了帶式輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)的組成以及各部分的作用，詳細(xì)闡述了帶式輸送機(jī)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中基于變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)功能較為完善，性價比較高，具有一定的應(yīng)用參考價值。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 物料運(yùn)輸 自動控制 傳感器

中圖分類號：TD528文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0038-02

帶式輸送機(jī)在1868年出現(xiàn)于英國，后來受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，逐步由車間內(nèi)部輸送發(fā)展到在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料輸送，成為物料輸送系統(tǒng)機(jī)械化和自動化不可缺少的組成部分。我國通過引進(jìn)與持續(xù)的技術(shù)革新，對帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動和制動裝置以及以PLC為核心的控制系統(tǒng)。

1 帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)

帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械，又稱連續(xù)輸送機(jī)或皮帶運(yùn)輸機(jī)，可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程，既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線，適用于輸送堆積密度小于1.67/t/m3，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料及袋裝物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、能耗低、環(huán)境污染小、成本低、便于集中控制和實(shí)現(xiàn)自動化、輸送量大、輸送距離長、連續(xù)輸送、管理維護(hù)方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸，廣泛地應(yīng)用在冶金、煤炭、交通、水電、化工、建材、輕工、食品、港口、船舶等領(lǐng)域。帶式輸送機(jī)可在環(huán)境溫度-20 ℃至+40 ℃范圍內(nèi)使用，被送物料溫度小于60 ℃。

2 帶式輸送機(jī)的組成與工作過程

帶式輸送機(jī)主要由兩個端點(diǎn)驅(qū)動滾筒及緊套其上的閉合輸送帶機(jī)架、托輥、張緊裝置、傳帶式輸送機(jī)動裝置等組成。驅(qū)動滾筒由電動機(jī)通過減速器驅(qū)動，輸送帶依靠驅(qū)動滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動。驅(qū)動滾筒一般都裝在卸料端，以增大牽引力，有利于拖動。物料由喂料端喂入，落在轉(zhuǎn)動的輸送帶上，依靠輸送帶摩擦帶動運(yùn)送袋卸料端卸出。當(dāng)輸送能力和運(yùn)距較大時，可配中間驅(qū)動裝置來滿足要求。根據(jù)輸送工藝的要求，可以單機(jī)輸送，也可多機(jī)組合成水平或傾斜的運(yùn)輸系統(tǒng)來輸送物料。目前的研究熱點(diǎn)主要包括以下幾個方面。

（1）提高整個設(shè)備的可靠性，保證設(shè)備的長期可靠運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

（2）提高輸送機(jī)的帶速，從而提高輸送能力并節(jié)省投資。

（3）進(jìn)一步節(jié)能降耗。帶式輸送機(jī)在輸送機(jī)中耗能最低，但在礦山、港口、電力和冶金等行業(yè)中應(yīng)用較多，屬于用電大戶，如能進(jìn)一步節(jié)能降耗，可以有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高總體經(jīng)濟(jì)效益。

（4）減少維護(hù)工作量。由于帶式輸送機(jī)分布在幾百米甚至幾千米的線路上，減少維護(hù)可以降低運(yùn)行成本。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由供電單元、變頻器調(diào)速單元、PLC控制系統(tǒng)、檢測傳感器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。系統(tǒng)配置5臺高壓柜（配置智能綜合保護(hù)裝置）和1臺低壓柜，提供與高壓柜通信的RS-485接口。皮帶配置2臺高壓變頻器，并為皮帶系統(tǒng)配置各類保護(hù)傳感器，包括跑偏、拉線、溫度、打滑、張力等的檢測，同時在關(guān)鍵位置采用網(wǎng)絡(luò)型攝像頭配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對每條皮帶的自動操作及故障檢測與報警等功能，與傳感器、高壓柜采用現(xiàn)場總線通信，與監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。系統(tǒng)功能主要包括以下幾個方面。

（1）采用多單元同步控制系統(tǒng)，2臺變頻同時啟動，以皮帶的工作速度為基礎(chǔ)，PLC通過RS485給2臺變頻裝置發(fā)送轉(zhuǎn)速指令，并實(shí)時采集VT710所反饋的電機(jī)電流，通過比較，以工作電流最高的一臺電機(jī)為基準(zhǔn)，調(diào)整變頻器的頻率給定，從而將兩臺電機(jī)的工作電流調(diào)整到與基準(zhǔn)電流一致，以實(shí)現(xiàn)功率平衡控制。

（2）在操作單元設(shè)有本地/遙控轉(zhuǎn)換開關(guān)，既可實(shí)現(xiàn)本地控制，也可遠(yuǎn)程遙控。

（3）除串口通信外，也必須能夠接收模擬量給定，其控制源的切換可以在的操作面板上完成。

（4）具備閉鎖功能和聲光報警的信號系統(tǒng)，同時具備輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)信號顯示。

（5）皮帶在線檢測系統(tǒng)，采用無損探傷技術(shù)，對皮帶機(jī)進(jìn)行在線不間斷檢測，在線檢測系統(tǒng)安裝在皮帶機(jī)下帶部位。

（6）為皮帶運(yùn)輸設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)控和分類數(shù)據(jù)的存儲記錄，并能生產(chǎn)各類表格和報表。

（7）變頻器具有工頻運(yùn)行的旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，能夠讓電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。

（8）高壓變頻器能夠?qū)?臺電機(jī)的同軸同步軟啟動，軟停止功能。起動、停止能按所設(shè)定的皮帶特性曲線運(yùn)行。在運(yùn)行過程中能夠自動地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)和功率平衡調(diào)節(jié)。

（9）自動灑水控制裝置，PLC控制器根據(jù)煙霧、超溫信號，自動控制滅火灑水并報警停機(jī)。

（10）主回路具有短路、過載、斷相、欠壓等保護(hù)。

（11）主電機(jī)的電流檢測，溫度檢測以及上限報警。

（12）速度檢測及超速保護(hù)。

（13）各故障的顯示及報警，故障性質(zhì)與位置的識別。

（14）界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。人機(jī)界面不僅具有形象逼真的動態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實(shí)時報警監(jiān)視、安全確認(rèn)機(jī)制和數(shù)據(jù)記錄功能（如圖1）。

這種方式由操作人員在現(xiàn)場設(shè)備附近設(shè)置的就地操作控制箱進(jìn)行手動操作，主要用于檢修試車。

系統(tǒng)運(yùn)行分為集中自動運(yùn)行、單機(jī)自動運(yùn)行、就地運(yùn)行三種工作方式。

（1）集中自動運(yùn)行方式

這種運(yùn)行方式接收來自監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，自動根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流程控制設(shè)備的運(yùn)行，并進(jìn)行自動檢測、報警和保護(hù)，屬于正常生產(chǎn)時的主要操作方式。

（2）單機(jī)自動運(yùn)行方式

這種方式由操作員根據(jù)生產(chǎn)要求發(fā)出起車與停車指令，具有集中運(yùn)行的全部功能，同時將信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于設(shè)備的試運(yùn)行和檢修。

（3）現(xiàn)場單機(jī)手動運(yùn)行

這種方式由操作人員在現(xiàn)場設(shè)備附近設(shè)置的就地操作控制箱進(jìn)行手動操作，主要用于檢修試車。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)是一種應(yīng)用極為廣泛的物料輸送設(shè)備，在很多行業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用。大功率、長距離的帶式輸送機(jī)一般由電源、變頻調(diào)速、PLC控制以及參數(shù)與故障檢測等部分組成。本文根據(jù)電力系統(tǒng)中物料運(yùn)輸?shù)墓δ芤螅诰C合考慮系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性和安全性等情況的前提下，設(shè)計(jì)了一套基于變頻器和PLC的多機(jī)同步控制系統(tǒng)，具有功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定、操作和維護(hù)方便等特點(diǎn)，為實(shí)際生產(chǎn)提供了可靠的保障。

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