皮帶機回程保護裝置的設計與應用

劉曉光

摘 要 皮帶機作為高效的連續運輸設備，在港口、礦場以及電廠都是生產環節中必不可少，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用。對此黃驊港在結合實際生產過程中發生的回程異物情況，有針對性的設計了回程異物檢查裝置，并在現場應用中取得了不錯的成效。

關鍵詞 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

皮帶輸送機組在現代的港口和工業部門中應用相當廣泛，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用，全長超過100千米，因此皮帶機列為生產保障的重要設備，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的檢測開關，但因現場故障情況多樣，原有形式單一的堵料或撕裂開關的保護效果并不令人滿意。同時當堵料或撕裂故障發生時，常伴隨著皮帶機回程皮帶存煤載煤的現象出現，而回程皮帶載煤（或異物）輕則造成輸送過程的不順暢，重則引起設備的嚴重損壞。

因此，鑒于上述故障發生時所伴隨的回程皮帶存煤載煤現象，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檢測效果不足、提升設備運行安全系數的有效途徑之一。

1 皮帶機系統簡介

1.1 皮帶機一般結構

皮帶機是帶式輸送機的簡稱，有固定式和移動式，結構簡單，效率高。以撓性輸送帶作物料承載和牽引構件的連續輸送機械。一條無端的輸送帶環繞驅動滾筒和改向滾筒。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、兩級跑偏開關、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。

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、拉繩開關、跑偏開關、撕裂開關、料流開關、堵料開關以及料位開關和料位計等，它們主要用于皮帶機輸送系統的設備運行狀態的檢測報警、緊急停機以及聯所控制等。

1）打滑開關。當皮帶、驅動滾筒表面有油污、水，致使皮帶張力不足時，皮帶便會在驅動滾筒上打滑，出現這種情況，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生堵塞，嚴重時會甚至溢煤現象，給正常工作帶來嚴重隱患。因此，一般在皮帶機上均設有皮帶速度檢測開關，以便及時檢測出皮帶打滑，并停止皮帶機運轉。

2）堵料保護。在使用皮帶機輸送物料時，會因物料過大、物料粘黏經常會發生漏斗堵塞現象，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生，除了控制輸送物料的質量、搞好漏斗的日常檢修清理外，最主要的是設置漏斗堵塞檢測裝置。現堵塞開關多為接近開關，通過安裝在漏斗側壁處，在發生堵料時以檢測擋板位移觸發信號。

3）跑偏保護。跑偏開關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緊急停機。目前廣泛應用的跑偏開關一般為無源機械式兩級跑偏開關。跑偏開關按照一定間隔（約50 m）固定安裝于帶式輸送機兩側支架上，跑偏開關的滾輪部分在受到偏離中心運轉的輸送帶的邊沿擠壓后產生偏轉，當滾輪偏轉到一定角度時觸發開關接點動作。

4）為便于皮帶機沿線的巡視人員在發現皮帶機故障時及時停車，一般皮帶機系統還在皮帶兩側裝有皮帶機拉繩開關，同時在皮帶機驅動站一般設有急停開關等。

2 回程檢測裝置設計

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；或因承載皮帶出現過載、皮帶撕裂等情況，導致異物灑落至回程皮帶面。這些異物在皮帶的運轉過程中，會堆積到滾筒造成皮帶、滾筒的損傷，嚴重時會導致大面積皮帶或滾筒整體損壞，造成較大的經濟損失。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較多以及煤種較雜含水率差異較大，多發的故障為堵料、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，能及時發現并進行清理，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，此檢測裝置應與現有控制系統融為一體，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備功能結構中或機械結構外設置的保證人機系統安全的裝置，是在設備進行結構設計時就應考慮和完成的設備組成部分，以便給企業生產、操作檢查人員安全可靠的設備。皮帶機綜合保護裝置作為設備本質安全的技術措施，要實現其各項作用，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，其中一是質量符合標準，應有足夠的強度、剛度、穩定性、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性等；二是保護裝置或系統設計應具備自我檢查或者失效報錯功能。endprint

2）裝置必須安全、環保。皮帶機一般在開發區域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環境無害的設備實施。

3）保護裝置應設計簡單、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、經濟。

3 回程檢測系統設計

3.1 設備選用

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構上基本上互不相同，需根據測量距離、測量物體、測量環境等選擇合理設備。根據神華黃驊港實際工況，具體參數要求如下。

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，因此傳感器應采用非接觸式，傳感器成為新的設備隱患。

5）傳感器應能夠輸出開關量信息，以便實現自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關的使用情況，并結合此設計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設備選型為可調區域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設備由發光器、收光器以及反光板組成，主要參數有：①可設定檢測范圍，在設定的檢測范圍內檢測物體，關斷點以外的物體將被忽略；②檢測關斷點從0.2到2 m可調；③使用持續狀態指示燈來快速校驗所有設定；④IP等級為67；⑤輸出為開關量信號。

3.2 系統工作設計方案

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域內是否存在異物。在皮帶機的一側安裝發光器和收光器，在皮帶機的另一側與發光器和收光器對應的位置安裝反光板，發光器發出的光經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，皮帶機繼續運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區域時，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，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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.3 結構設計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設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；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，用于根據皮帶機停機指令執行報警動作。結構如圖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實際操作的需要進行設定，為了保證對異物的檢測，經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省成本，光電傳感器的數量可設置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據實際操作的需要進行設置，例如間隔5-10 cm。這樣設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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.4 控制設計方案

1）遵照黃驊港現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字量信號，接入皮帶機PLC數字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執行等編入原有控制程序中。

具體系統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：依據采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關均動作，則判斷故障發生；結果：判斷結果為故障狀態，則輸出報警信息，同時向執行模塊發出停機指令，正常狀態則返回檢測狀態。

檢測設備啟動后，多個光電傳感器的發光器發射光束，光束經皮帶機另一側對應的反光板反射，光電傳感器的收光器根據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 設計優勢

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

1）檢測效果穩定可靠。3個開關量采用串聯的形式，只有在傳感器陣列的所有開關量同時動作的情況下才判斷為故障產生，顯著降低了小體積異物產生的影響，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，通過廣度的設置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統的可靠性。

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致地面皮帶灑落和轉接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現堵料保護功能的同時，提升整體設備的運行可靠性。

4）實現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，減少了設備損失。

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

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，可通過程序對比自檢，信號與其他經常不一致的傳感器，作重點設備檢查，可及時發現失效設備，保證設備的可靠性。

4.2 實際應用

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，達到了設計目的，對下步推廣提供了有力的依據，同時對其他行業皮帶機保護系統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、環保。皮帶機一般在開發區域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環境無害的設備實施。

3）保護裝置應設計簡單、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、經濟。

3 回程檢測系統設計

3.1 設備選用

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構上基本上互不相同，需根據測量距離、測量物體、測量環境等選擇合理設備。根據神華黃驊港實際工況，具體參數要求如下。

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，因此傳感器應采用非接觸式，傳感器成為新的設備隱患。

5）傳感器應能夠輸出開關量信息，以便實現自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關的使用情況，并結合此設計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設備選型為可調區域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設備由發光器、收光器以及反光板組成，主要參數有：①可設定檢測范圍，在設定的檢測范圍內檢測物體，關斷點以外的物體將被忽略；②檢測關斷點從0.2到2 m可調；③使用持續狀態指示燈來快速校驗所有設定；④IP等級為67；⑤輸出為開關量信號。

3.2 系統工作設計方案

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域內是否存在異物。在皮帶機的一側安裝發光器和收光器，在皮帶機的另一側與發光器和收光器對應的位置安裝反光板，發光器發出的光經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，皮帶機繼續運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區域時，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，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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.3 結構設計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設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；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，用于根據皮帶機停機指令執行報警動作。結構如圖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實際操作的需要進行設定，為了保證對異物的檢測，經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省成本，光電傳感器的數量可設置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據實際操作的需要進行設置，例如間隔5-10 cm。這樣設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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.4 控制設計方案

1）遵照黃驊港現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字量信號，接入皮帶機PLC數字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執行等編入原有控制程序中。

具體系統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：依據采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關均動作，則判斷故障發生；結果：判斷結果為故障狀態，則輸出報警信息，同時向執行模塊發出停機指令，正常狀態則返回檢測狀態。

檢測設備啟動后，多個光電傳感器的發光器發射光束，光束經皮帶機另一側對應的反光板反射，光電傳感器的收光器根據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 設計優勢

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

1）檢測效果穩定可靠。3個開關量采用串聯的形式，只有在傳感器陣列的所有開關量同時動作的情況下才判斷為故障產生，顯著降低了小體積異物產生的影響，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，通過廣度的設置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統的可靠性。

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致地面皮帶灑落和轉接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現堵料保護功能的同時，提升整體設備的運行可靠性。

4）實現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，減少了設備損失。

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

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，可通過程序對比自檢，信號與其他經常不一致的傳感器，作重點設備檢查，可及時發現失效設備，保證設備的可靠性。

4.2 實際應用

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，達到了設計目的，對下步推廣提供了有力的依據，同時對其他行業皮帶機保護系統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、環保。皮帶機一般在開發區域，并屬于人員活動范圍，因此要采用對人體無害、對環境無害的設備實施。

3）保護裝置應設計簡單、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、經濟。

3 回程檢測系統設計

3.1 設備選用

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構上基本上互不相同，需根據測量距離、測量物體、測量環境等選擇合理設備。根據神華黃驊港實際工況，具體參數要求如下。

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，因此傳感器應采用非接觸式，傳感器成為新的設備隱患。

5）傳感器應能夠輸出開關量信息，以便實現自動檢測控制。

通過借鑒黃驊港已有檢查開關的使用情況，并結合此設計的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設備選型為可調區域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設備由發光器、收光器以及反光板組成，主要參數有：①可設定檢測范圍，在設定的檢測范圍內檢測物體，關斷點以外的物體將被忽略；②檢測關斷點從0.2到2 m可調；③使用持續狀態指示燈來快速校驗所有設定；④IP等級為67；⑤輸出為開關量信號。

3.2 系統工作設計方案

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域內是否存在異物。在皮帶機的一側安裝發光器和收光器，在皮帶機的另一側與發光器和收光器對應的位置安裝反光板，發光器發出的光經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，皮帶機繼續運行。當有較大異物通過光電傳感器的檢測區域時，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，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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.3 結構設計方案

皮帶機回程皮帶異物檢測設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；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，用于根據皮帶機停機指令執行報警動作。結構如圖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實際操作的需要進行設定，為了保證對異物的檢測，經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省成本，光電傳感器的數量可設置為3個，且多個光電傳感器之間的間隔可以根據實際操作的需要進行設置，例如間隔5-10 cm。這樣設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，有效提高了檢測設備可靠性。

3.4 控制設計方案

1）遵照黃驊港現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字量信號，接入皮帶機PLC數字量輸入模塊，通過PLC編程，將信號點與故障報警、控制執行等編入原有控制程序中。

具體系統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：依據采集信息進行判斷，如三個光電傳感器檢測開關均動作，則判斷故障發生；結果：判斷結果為故障狀態，則輸出報警信息，同時向執行模塊發出停機指令，正常狀態則返回檢測狀態。

檢測設備啟動后，多個光電傳感器的發光器發射光束，光束經皮帶機另一側對應的反光板反射，光電傳感器的收光器根據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 設計優勢

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

1）檢測效果穩定可靠。3個開關量采用串聯的形式，只有在傳感器陣列的所有開關量同時動作的情況下才判斷為故障產生，顯著降低了小體積異物產生的影響，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，通過廣度的設置，降低了漏檢機率，從而有效提高了該保護系統的可靠性。

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致地面皮帶灑落和轉接機房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測，在實現堵料保護功能的同時，提升整體設備的運行可靠性。

4）實現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，減少了設備損失。

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

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，可通過程序對比自檢，信號與其他經常不一致的傳感器，作重點設備檢查，可及時發現失效設備，保證設備的可靠性。

4.2 實際應用

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，達到了設計目的，對下步推廣提供了有力的依據，同時對其他行業皮帶機保護系統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