皮帶機回程保護裝置的設(shè)計與應(yīng)用

劉曉光

摘 要 皮帶機作為高效的連續(xù)運輸設(shè)備，在港口、礦場以及電廠都是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少，因此其保護裝置近些年也在逐步完善和提高，但截至目前尚無專門對皮帶機回程皮帶異物進行檢測的應(yīng)用。對此黃驊港在結(jié)合實際生產(chǎn)過程中發(fā)生的回程異物情況，有針對性的設(shè)計了回程異物檢查裝置，并在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了不錯的成效。

關(guān)鍵詞 皮帶機；回程皮帶；保護裝置

中圖分類號：TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0017-03

皮帶輸送機組在現(xiàn)代的港口和工業(yè)部門中應(yīng)用相當廣泛，它具有輸送效率高的明顯特點，為大宗散裝物料的輸送提供了一種十分有效的手段。黃驊港作為全國第二大煤炭輸出港，皮帶機有著大量的應(yīng)用，全長超過100千米，因此皮帶機列為生產(chǎn)保障的重要設(shè)備，各類保護裝置均已安裝，但是在一些特殊的工況下，由于工作條件和被運物料的原因，時常發(fā)生皮帶的堵料和撕裂故障。雖然皮帶機堵料或撕裂故障均有相應(yīng)的檢測開關(guān)，但因現(xiàn)場故障情況多樣，原有形式單一的堵料或撕裂開關(guān)的保護效果并不令人滿意。同時當堵料或撕裂故障發(fā)生時，常伴隨著皮帶機回程皮帶存煤載煤的現(xiàn)象出現(xiàn)，而回程皮帶載煤（或異物）輕則造成輸送過程的不順暢，重則引起設(shè)備的嚴重損壞。

因此，鑒于上述故障發(fā)生時所伴隨的回程皮帶存煤載煤現(xiàn)象，可以通過檢測回程皮帶的異物情況，來判斷皮帶機是否發(fā)生了堵料或撕裂故障，避免異物對滾筒及皮帶造成傷害，使之成為彌補原有保護開關(guān)檢測效果不足、提升設(shè)備運行安全系數(shù)的有效途徑之一。

1 皮帶機系統(tǒng)簡介

1.1 皮帶機一般結(jié)構(gòu)

皮帶機是帶式輸送機的簡稱，有固定式和移動式，結(jié)構(gòu)簡單，效率高。以撓性輸送帶作物料承載和牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機械。一條無端的輸送帶環(huán)繞驅(qū)動滾筒和改向滾筒。兩滾筒之間的上下分支各以若干托輥支承。物料置于上分支上，利用驅(qū)動滾筒與帶之間的摩擦力曳引輸送帶和物料運行。適用于水平和傾斜方向輸送散粒物料和成件物品，也可用于進行一定工藝操作的流水作業(yè)線。黃驊港皮帶輸送機基本上是固定式，主要運送物料為煤炭，主要由皮帶、機架、驅(qū)動滾筒、承載托輥、回程托輥、緊張裝置、清掃器等零部件組成。一般的電氣保護和控制裝置主要有：雙向拉繩開關(guān)、兩級跑偏開關(guān)、皮帶打滑檢測、皮帶防撕裂檢測、料流檢測、堵料檢測等，回程一般只有跑偏開關(guān)。

皮帶輸送機如圖1。

圖1

1.2 皮帶機常見保護裝置

皮帶機輸送綜合保護控制裝置主要是指打滑開關(guān)、拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、撕裂開關(guān)、料流開關(guān)、堵料開關(guān)以及料位開關(guān)和料位計等，它們主要用于皮帶機輸送系統(tǒng)的設(shè)備運行狀態(tài)的檢測報警、緊急停機以及聯(lián)所控制等。

1）打滑開關(guān)。當皮帶、驅(qū)動滾筒表面有油污、水，致使皮帶張力不足時，皮帶便會在驅(qū)動滾筒上打滑，出現(xiàn)這種情況，不僅會加快皮帶滾筒的磨損，更嚴重的是會在皮帶機的受料處發(fā)生堵塞，嚴重時會甚至溢煤現(xiàn)象，給正常工作帶來嚴重隱患。因此，一般在皮帶機上均設(shè)有皮帶速度檢測開關(guān)，以便及時檢測出皮帶打滑，并停止皮帶機運轉(zhuǎn)。

2）堵料保護。在使用皮帶機輸送物料時，會因物料過大、物料粘黏經(jīng)常會發(fā)生漏斗堵塞現(xiàn)象，漏斗堵塞不僅會是煤炭溢出漏斗，而且還會將頭部漏斗埋入，增加了皮帶機的負荷，損壞了皮帶機的部件。為了避免這類故障的發(fā)生，除了控制輸送物料的質(zhì)量、搞好漏斗的日常檢修清理外，最主要的是設(shè)置漏斗堵塞檢測裝置。現(xiàn)堵塞開關(guān)多為接近開關(guān)，通過安裝在漏斗側(cè)壁處，在發(fā)生堵料時以檢測擋板位移觸發(fā)信號。

3）跑偏保護。跑偏開關(guān)是用于檢測帶式輸送機運行過程中輸送帶跑偏程度并進行報警的一種保護裝置，也用于在皮帶嚴重跑偏時自動觸發(fā)緊急停機。目前廣泛應(yīng)用的跑偏開關(guān)一般為無源機械式兩級跑偏開關(guān)。跑偏開關(guān)按照一定間隔（約50 m）固定安裝于帶式輸送機兩側(cè)支架上，跑偏開關(guān)的滾輪部分在受到偏離中心運轉(zhuǎn)的輸送帶的邊沿擠壓后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，當滾輪偏轉(zhuǎn)到一定角度時觸發(fā)開關(guān)接點動作。

4）為便于皮帶機沿線的巡視人員在發(fā)現(xiàn)皮帶機故障時及時停車，一般皮帶機系統(tǒng)還在皮帶兩側(cè)裝有皮帶機拉繩開關(guān)，同時在皮帶機驅(qū)動站一般設(shè)有急停開關(guān)等。

2 回程檢測裝置設(shè)計

2.1 需求分析

回程皮帶表面理論上是無異物的，但是清掃器等皮帶清掃裝置存在失效的可能，造成回程帶料；或因承載皮帶出現(xiàn)過載、皮帶撕裂等情況，導(dǎo)致異物灑落至回程皮帶面。這些異物在皮帶的運轉(zhuǎn)過程中，會堆積到滾筒造成皮帶、滾筒的損傷，嚴重時會導(dǎo)致大面積皮帶或滾筒整體損壞，造成較大的經(jīng)濟損失。因此回程上加裝異物檢測裝置十分必要，能夠達到完善皮帶機系統(tǒng)保護的目的，既是回程皮帶、滾筒的保護裝置又是皮帶撕裂保護的第二道防線。

2.2 功能定位

黃驊港皮帶機以運輸煤炭為主，基本上為固定式，兩側(cè)均配有人行走道，方便巡視人員以及清煤人員通行，在運行過程中因煤炭中雜質(zhì)較多以及煤種較雜含水率差異較大，多發(fā)的故障為堵料、跑偏以及撕裂。因此回程異物檢測裝置首要的功能定位是作為撕裂保護裝置的延伸，檢測輸送帶是否發(fā)生了堵料、撕裂等故障；其次是作為回程清掃裝置的有益補充，有煤炭或雜物帶至回程，能及時發(fā)現(xiàn)并進行清理，避免異物對滾筒及皮帶造成嚴重傷害；第三，鑒于黃驊港自動化程度較高，裝置運行過程不需人員操作，同時后期維護量要最低。第四，此檢測裝置應(yīng)與現(xiàn)有控制系統(tǒng)融為一體，能夠自動檢測自動報警。

2.3 保護裝置通用的標準

皮帶機的綜合保護裝置是在設(shè)備功能結(jié)構(gòu)中或機械結(jié)構(gòu)外設(shè)置的保證人機系統(tǒng)安全的裝置，是在設(shè)備進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時就應(yīng)考慮和完成的設(shè)備組成部分，以便給企業(yè)生產(chǎn)、操作檢查人員安全可靠的設(shè)備。皮帶機綜合保護裝置作為設(shè)備本質(zhì)安全的技術(shù)措施，要實現(xiàn)其各項作用，必須滿足如下基本要求。

1）保護裝置自身及其工作性能必須可靠。有足夠的可靠性是保護裝置的最基本要求，其中一是質(zhì)量符合標準，應(yīng)有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性等；二是保護裝置或系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具備自我檢查或者失效報錯功能。endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環(huán)境無害的設(shè)備實施。

3）保護裝置應(yīng)設(shè)計簡單、安裝布局合理、操作、使用方便。因為保護裝置需要人員維護，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡單、經(jīng)濟。

3 回程檢測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)備選用

檢測異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測量距離、測量物體、測量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測距離至少為2米。

2）需要檢測的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿海空氣潮濕，同時露天安裝要保證傳感器防護等級不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對運動，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實現(xiàn)自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測范圍，在設(shè)定的檢測范圍內(nèi)檢測物體，關(guān)斷點以外的物體將被忽略；②檢測關(guān)斷點從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來快速校驗所有設(shè)定；④IP等級為67；⑤輸出為開關(guān)量信號。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計方案

沿皮帶機間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測各自的檢測區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說明沒有異物擋住反射光，判斷沒有異物通過，為正常情況，皮帶機繼續(xù)運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區(qū)域時，使得多個光電傳感器未接收到反射光，則說明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過，輸出檢測信號給控制器，由控制器根據(jù)來自多個光電傳感器的檢測信號判斷皮帶機故障，從而控制停止皮帶機的運行，避免了較大異物對滾筒和皮帶造成的嚴重傷害，提升了皮帶機運行的安全系數(shù)，同時由于控制器在同時接收到多個光電傳感器的檢測信號時才進行停機操作，也避免了較小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機一側(cè)；③傳感器，用于檢測皮帶異物情況，并在檢測到異物的情況下輸出檢測信號；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測信號，同時根據(jù)信號判斷皮帶機是否故障，并輸出皮帶機停機指令；⑤報警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機停機指令執(zhí)行報警動作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)定，為了保證對異物的檢測，經(jīng)測試安裝在高于皮帶機皮帶3 cm的位置較為合理。

同時為了保證較大異物的檢測且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時接收到多個光電傳感器輸出的檢測信號時才會判斷皮帶機故障，避免了小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機的控制方式，利用皮帶機原有PLC，將回程檢測裝置的數(shù)字量信號，接入皮帶機PLC數(shù)字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測開始；檢測：采集三個光電傳感器檢測值；判定：依據(jù)采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關(guān)均動作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報警信息，同時向執(zhí)行模塊發(fā)出停機指令，正常狀態(tài)則返回檢測狀態(tài)。

檢測設(shè)備啟動后，多個光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機另一側(cè)對應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來判斷皮帶機上是否有異物通過，此時有三種情況：①如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來自光電傳感器的檢測信號，控制器判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；②如果多個光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說明有較小異物通過，則僅部分收光器輸出檢測信號至控制器，控制器仍判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；③如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說明有較大異物通過，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測信號至控制器，控制器由此判斷皮帶機故障，控制皮帶機停機，并進行報警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計優(yōu)勢

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實際需求，同時充分的考慮了設(shè)備的通用性，進一步完善了皮帶機的保護系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢有以下幾點。

1）檢測效果穩(wěn)定可靠。3個開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時動作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動作。

2）檢測覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過廣度的設(shè)置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護的效果。回程皮帶的檢測對于取料機上料過量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現(xiàn)堵料保護功能的同時，提升整體設(shè)備的運行可靠性。

4）實現(xiàn)了撕裂檢測的有效補充。對皮帶機橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測信號為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡單，安裝方便。光電傳感器使用維護簡單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無需專人維護。同時多組傳感器的布置，可通過程序?qū)Ρ茸詸z，信號與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點設(shè)備檢查，可及時發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實際應(yīng)用

回程異物檢測裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機進行了測試安裝。裝置安裝在皮帶機尾部，位于皮帶機漏斗后方。安裝以來，多次檢測出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達到了設(shè)計目的，對下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時對其他行業(yè)皮帶機保護系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻

[1]韓志工、李冠堅.皮帶機輸送綜合保護控制裝置的設(shè)計[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機安全保護裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環(huán)境無害的設(shè)備實施。

3）保護裝置應(yīng)設(shè)計簡單、安裝布局合理、操作、使用方便。因為保護裝置需要人員維護，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡單、經(jīng)濟。

3 回程檢測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)備選用

檢測異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測量距離、測量物體、測量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測距離至少為2米。

2）需要檢測的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿海空氣潮濕，同時露天安裝要保證傳感器防護等級不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對運動，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實現(xiàn)自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測范圍，在設(shè)定的檢測范圍內(nèi)檢測物體，關(guān)斷點以外的物體將被忽略；②檢測關(guān)斷點從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來快速校驗所有設(shè)定；④IP等級為67；⑤輸出為開關(guān)量信號。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計方案

沿皮帶機間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測各自的檢測區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說明沒有異物擋住反射光，判斷沒有異物通過，為正常情況，皮帶機繼續(xù)運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區(qū)域時，使得多個光電傳感器未接收到反射光，則說明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過，輸出檢測信號給控制器，由控制器根據(jù)來自多個光電傳感器的檢測信號判斷皮帶機故障，從而控制停止皮帶機的運行，避免了較大異物對滾筒和皮帶造成的嚴重傷害，提升了皮帶機運行的安全系數(shù)，同時由于控制器在同時接收到多個光電傳感器的檢測信號時才進行停機操作，也避免了較小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機一側(cè)；③傳感器，用于檢測皮帶異物情況，并在檢測到異物的情況下輸出檢測信號；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測信號，同時根據(jù)信號判斷皮帶機是否故障，并輸出皮帶機停機指令；⑤報警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機停機指令執(zhí)行報警動作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)定，為了保證對異物的檢測，經(jīng)測試安裝在高于皮帶機皮帶3 cm的位置較為合理。

同時為了保證較大異物的檢測且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時接收到多個光電傳感器輸出的檢測信號時才會判斷皮帶機故障，避免了小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機的控制方式，利用皮帶機原有PLC，將回程檢測裝置的數(shù)字量信號，接入皮帶機PLC數(shù)字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測開始；檢測：采集三個光電傳感器檢測值；判定：依據(jù)采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關(guān)均動作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報警信息，同時向執(zhí)行模塊發(fā)出停機指令，正常狀態(tài)則返回檢測狀態(tài)。

檢測設(shè)備啟動后，多個光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機另一側(cè)對應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來判斷皮帶機上是否有異物通過，此時有三種情況：①如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來自光電傳感器的檢測信號，控制器判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；②如果多個光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說明有較小異物通過，則僅部分收光器輸出檢測信號至控制器，控制器仍判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；③如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說明有較大異物通過，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測信號至控制器，控制器由此判斷皮帶機故障，控制皮帶機停機，并進行報警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計優(yōu)勢

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實際需求，同時充分的考慮了設(shè)備的通用性，進一步完善了皮帶機的保護系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢有以下幾點。

1）檢測效果穩(wěn)定可靠。3個開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時動作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動作。

2）檢測覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過廣度的設(shè)置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護的效果。回程皮帶的檢測對于取料機上料過量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現(xiàn)堵料保護功能的同時，提升整體設(shè)備的運行可靠性。

4）實現(xiàn)了撕裂檢測的有效補充。對皮帶機橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測信號為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡單，安裝方便。光電傳感器使用維護簡單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無需專人維護。同時多組傳感器的布置，可通過程序?qū)Ρ茸詸z，信號與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點設(shè)備檢查，可及時發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實際應(yīng)用

回程異物檢測裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機進行了測試安裝。裝置安裝在皮帶機尾部，位于皮帶機漏斗后方。安裝以來，多次檢測出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達到了設(shè)計目的，對下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時對其他行業(yè)皮帶機保護系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻

[1]韓志工、李冠堅.皮帶機輸送綜合保護控制裝置的設(shè)計[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機安全保護裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環(huán)境無害的設(shè)備實施。

3）保護裝置應(yīng)設(shè)計簡單、安裝布局合理、操作、使用方便。因為保護裝置需要人員維護，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡單、經(jīng)濟。

3 回程檢測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)備選用

檢測異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測量距離、測量物體、測量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測距離至少為2米。

2）需要檢測的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿海空氣潮濕，同時露天安裝要保證傳感器防護等級不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對運動，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實現(xiàn)自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測范圍，在設(shè)定的檢測范圍內(nèi)檢測物體，關(guān)斷點以外的物體將被忽略；②檢測關(guān)斷點從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來快速校驗所有設(shè)定；④IP等級為67；⑤輸出為開關(guān)量信號。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計方案

沿皮帶機間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測各自的檢測區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說明沒有異物擋住反射光，判斷沒有異物通過，為正常情況，皮帶機繼續(xù)運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區(qū)域時，使得多個光電傳感器未接收到反射光，則說明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過，輸出檢測信號給控制器，由控制器根據(jù)來自多個光電傳感器的檢測信號判斷皮帶機故障，從而控制停止皮帶機的運行，避免了較大異物對滾筒和皮帶造成的嚴重傷害，提升了皮帶機運行的安全系數(shù)，同時由于控制器在同時接收到多個光電傳感器的檢測信號時才進行停機操作，也避免了較小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機一側(cè)；③傳感器，用于檢測皮帶異物情況，并在檢測到異物的情況下輸出檢測信號；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測信號，同時根據(jù)信號判斷皮帶機是否故障，并輸出皮帶機停機指令；⑤報警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機停機指令執(zhí)行報警動作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)定，為了保證對異物的檢測，經(jīng)測試安裝在高于皮帶機皮帶3 cm的位置較為合理。

同時為了保證較大異物的檢測且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實際操作的需要進行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時接收到多個光電傳感器輸出的檢測信號時才會判斷皮帶機故障，避免了小異物通過時造成的檢測裝置誤判，有效提高了檢測設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機的控制方式，利用皮帶機原有PLC，將回程檢測裝置的數(shù)字量信號，接入皮帶機PLC數(shù)字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測開始；檢測：采集三個光電傳感器檢測值；判定：依據(jù)采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關(guān)均動作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報警信息，同時向執(zhí)行模塊發(fā)出停機指令，正常狀態(tài)則返回檢測狀態(tài)。

檢測設(shè)備啟動后，多個光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機另一側(cè)對應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來判斷皮帶機上是否有異物通過，此時有三種情況：①如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來自光電傳感器的檢測信號，控制器判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；②如果多個光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說明有較小異物通過，則僅部分收光器輸出檢測信號至控制器，控制器仍判斷皮帶機無故障，皮帶機繼續(xù)運行；③如果多個光電傳感器的每一個光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說明有較大異物通過，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測信號至控制器，控制器由此判斷皮帶機故障，控制皮帶機停機，并進行報警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計優(yōu)勢

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實際需求，同時充分的考慮了設(shè)備的通用性，進一步完善了皮帶機的保護系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢有以下幾點。

1）檢測效果穩(wěn)定可靠。3個開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時動作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動作。

2）檢測覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過廣度的設(shè)置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護的效果。回程皮帶的檢測對于取料機上料過量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現(xiàn)堵料保護功能的同時，提升整體設(shè)備的運行可靠性。

4）實現(xiàn)了撕裂檢測的有效補充。對皮帶機橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測信號為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡單，安裝方便。光電傳感器使用維護簡單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無需專人維護。同時多組傳感器的布置，可通過程序?qū)Ρ茸詸z，信號與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點設(shè)備檢查，可及時發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實際應(yīng)用

回程異物檢測裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機進行了測試安裝。裝置安裝在皮帶機尾部，位于皮帶機漏斗后方。安裝以來，多次檢測出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達到了設(shè)計目的，對下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時對其他行業(yè)皮帶機保護系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻

[1]韓志工、李冠堅.皮帶機輸送綜合保護控制裝置的設(shè)計[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機安全保護裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint