堆(取)料機皮帶自動糾偏系統設計

高飛

（唐山曹妃甸實業港務有限公司，河北 唐山 063200）

1 項目綜述

堆料機的懸臂皮帶在作業中跑偏情況很普遍，綜合分析跑偏的原因有以下幾個：第一，礦石品種和密度不同導致礦石在皮帶上分布形式不同。第二，礦石在皮帶上的落料點偏離皮帶中心。第三，礦石落下方向與懸臂皮帶運行方向存在夾角。第四，流量波動。第五，大料頭干擾。第六，托輥磨損及安裝精度差。以上問題導致懸臂皮帶在作業過程中頻繁出現跑偏，跑偏如果不及時加以糾正就會發展到灑料或者重跑偏停車、劃傷皮帶，甚至撕裂皮帶，中斷生產流程并且造成設備財產損失。

糾偏可以采取兩種方式：正面皮帶糾偏；回程皮帶糾偏。

正面皮帶糾偏：通過調節“槽托輥架”的角度來改變皮帶運行方向。槽托輥架與基座之間有5個固定位置，可以通過固定銷子將槽托輥架固定在5個不同的角度。使用這種方式糾偏是有級調偏，調偏的角度只能從5個角度選擇一個，不能做到連續無極調節，并且正面皮帶調偏方式需要手動移動槽托輥架，人工靠近運行中的皮帶去調節，這種方式存在嚴重風險，因此只在停車后才能調節。回程皮帶糾偏：在回程皮帶下方設置調偏托輥，使托輥與回程皮帶緊密接觸。在皮帶運行中回程皮帶與調偏托輥之間存在摩擦力，當皮帶的運行方向與調偏托輥轉動的方向存在夾角時，皮帶會受到調偏托輥旋轉方向的校正力，從而達到糾偏的目的。回程皮帶糾偏在極限范圍內可以在任意角度糾偏，是無極調節，并且在調節時人員處于相對安全的位置，風險相對較低，在皮帶運行的同時就可以調節。

鑒于以上原因，在使用中以回程糾偏為主要調節方式，正面糾偏為輔助方式。

回程皮帶調偏輥的驅動方式有手動驅動、液壓驅動和電機驅動三種。本項技改采用電機驅動方式，并且將檢測皮帶跑偏的信號傳入PLC，用PLC的輸出來控制調偏托輥。這樣就將自動化應用到調偏中，不僅實現了快速反應，精準調節，同時避免了人員靠近運行中的皮帶機構，從根本上消除了危險因素。

當前皮帶輸送機的調偏絕大多數都是采用手動方式，由巡視人員現場調節。有些皮帶通過改變轉向滾筒的角度來調節，用的是液壓油缸驅動。

傳統的手搖式調偏托輥結構簡單，成本低，但是全憑人力調節，現場環境惡劣，手搖調偏機構在礦石粉塵環境中極易銹蝕導致活動不順暢，調節過程費時費力，往往錯過最佳調節時機。在頻繁跑偏的情況下，人員需要頻繁調節托輥，不僅達不到調節要求的效果，還給司機和巡視增加了很大的負擔。

手動調節方式受操作人員的經驗水平影響很大，如果巡視人員操作調偏托輥經驗不足或者對特定皮帶線不熟悉，調偏結果將難以達到要求。

液壓調偏機構具有輸出力矩大的優點，但是動作速度慢，調節量難以精確控制，體積龐大，占用空間較大，重量大，對安裝部位的承載能力要求較高。堆（?。┝蠙C的懸臂上空間有限，不適合安裝液壓調偏機構。

2 改造方案（圖1）

圖1

2.1 改造前跑偏限位的布局及其接線方式

傳統的跑偏限位布局是按照頭部跑偏和尾部跑偏來設置。頭部左右各設置一個跑偏限位，左右兩側的兩個限位里將檢測輕跑偏觸的常閉觸點串聯，作為頭部輕跑偏信號進入PLC輸入模塊。檢測重跑偏的兩個觸點也是串聯，作為頭部重跑偏信號進入PLC輸入模塊。尾部左右兩側的跑偏限位與頭部一樣也是做串聯使用。當發生跑偏時，系統只能知道頭部或者尾部發生跑偏，而不能自動檢測到跑偏的方向是向左還是向右。只能由司機或者巡視在接到跑偏信號后到現場目測來核實跑偏向左還是向右，然后再手動做出調節動作。

2.2 改造后跑偏限位的布局及其接線方式

在自動調偏設計方案中，保持跑偏限位的安裝位置不變，將傳統方案中跑偏限位按照頭部、尾部劃分方式改成左側、右側的劃分方式。即將頭部左側限位與頭部右側限位劃分為一組稱為左側跑偏限位，頭部右側限位與尾部右側限位劃分為一組稱為右側跑偏限位。將左側兩個跑偏限位的兩組輕跑偏觸點串聯，兩組重跑偏觸點串聯，分別作為左側跑偏的輕跑偏信號和重跑偏觸信號，進入PLC輸入模塊。右側跑偏與左側跑偏處理方式相同。這樣改造后，系統能夠自動識別出跑偏方向向左還是向右，從而為自動調節打下基礎。

2.3 軟件設計

堆料機原有的控制器是美國羅克韋爾公司的Controllogix5000系列PLC，其功能足夠強大，新增的自動糾偏功能加入原有的堆料機控制程序中，其PLC足以勝任新功能的增加。這樣不僅有利于程序的整合，對節約成本更是有顯著的效果。

堆取料機有堆料作業模式和取料作業模式，兩種模式下，懸臂皮帶的運動方向是相反的，對于同一個糾偏托輥的角度，因為皮帶運行方向不同，產生的糾偏效果是相反的。因此，程序編制過程中針對堆料模式和取料模式分別作了設計，對于同樣的向左跑偏，針對堆料模式下和取料模式下調偏輥的調節方向正好是相反的。隨著堆料/取料模式的切換，自動糾偏系統也能夠自動切換。

作為自動控制模式的補充，本設計還包含了手動旋鈕控制功能，作為自動控制故障情況下的有效補充，有效提高了系統的可靠性。

因為糾偏過程存在滯后特性，從糾偏輥做出角度調節到皮帶回正存在一個滯后過程，如果糾偏動作一直持續直到效果顯現才停止，將會嚴重超調，皮帶會向另一個方向繼續跑偏，如此將會造成左右交替振蕩跑偏.為了解決這個問題，程序設計中采用上升沿信號有效而非高電平信號有效。在跑偏限位檢測到跑偏現象后調節一個小角度，延時15秒后再次讀取跑偏檢測信號，如果跑偏仍存在就繼續調節一個小角度，直到跑偏檢測信號消失為止。這樣避免了超調現象。

3 實施效果

該項目在曹妃甸實業港務有限公司二期堆場的4臺堆（?。┝蠙C上投入實際使用，產生了明顯的效果。

（1）把操作人員徹底解放出去，堆（?。┝蠙C在作業過程中懸皮發生跑偏時，司機不再需要盡快到達調偏裝置處手動調節，從根本上杜絕了發生危險的可能性。

（2）懸皮在運行過程中沒有出現重跑偏停車故障，避免了皮帶劃傷和設備損壞。

（3）因懸皮跑偏故障導致的生產中斷現象明顯減少，極大的提高了作業效率。

4 主要技術創新點

本項目的主要技術創新點有：

（1）將傳統的以頭尾劃分方式改成以左右劃分。

（2）用電機驅動推桿代替手搖推桿。

（3）用PLC控制推桿電機，自動調節調偏托輥的角度。

（4）本系統的投入使用，徹底把操作者解放出來，使其更專心于堆料作業。