基于非接觸式傳感器的帶式輸送機失速檢測控制改進及應用

金川集團股份有限公司選礦廠 甘肅金昌 737102

金川集團公司選礦廠是特大型鎳銅礦選礦廠，年處理礦量達到 1 200 萬 t，主要有 3 個選礦車間，其處理能力分別為 6 000、14 000 和 15 500 t/d。全廠各系統共有 33 條主帶式運輸機，其保護裝置設有拉繩急停、防跑偏、縱向防撕裂、橫向防撕裂以及防打滑保護。

目前，金川集團公司選礦廠各車間的帶式運輸機防打滑保護裝置采用的是基于 JDK-1 型速度檢測器，實現保護功能。將 JDK-1 型速度檢測器水平安裝在上行輸送帶和下行輸送帶間的輸送機支架上，使觸輪與輸送帶表面有一定的壓力，防止發生觸輪跳動而造成較大誤差停機。當輸送帶運行速度低于設定值時，檢測器中的繼電器動作并輸出開關量信號，使帶式運輸機停止工作。

通過分析上述傳感器的工作原理可知，JDK-1型速度檢測器的設計原理為輸送帶運行時帶動觸輪同步轉動，產生的電信號傳輸到控制系統，當輸送機的運行速度低于整定值時，低速打滑動作。

1 存在問題

從金川集團選礦廠近年來的使用效果來看，此類速度檢測器存在的主要問題有以下幾個方面：

(1)帶式輸送機在重負荷情況下，容易產生觸輪、輸送帶脫離停機，從而產生檢測誤差而觸發保護動作；

(2)速度檢測器與帶式輸送機同時轉動，因觸輪直徑偏小、轉速快、壽命短，軸承因損壞而造成保護動作；

(3)當輸出繼電器觸點接觸不良會經常出現動作不可靠；

(4)當帶式輸送機出現如電動機與減速器連接棒銷斷，液力耦合器故障等輸送帶不運行而低速保護不動作，實現不了上下級聯鎖引起堆礦，如果生產操作人員不能及時發現，將直接影響安全生產。

2 失速檢測控制改進

2.1 傳感器的升級

帶式輸送機出現打滑現象是由于在運行過程中帶式輸送機傳動滾筒的速度與輸送帶速度不同步，使兩者之間產生相對滑動。一般輸送帶打滑有低速打滑和高速打滑 2 種[1]。低速打滑是由于傳動滾筒的摩擦牽引力降低、過載、輸送帶被卡住或者張緊力不足造成的，此種情況較為常見；而高速打滑一般出現在帶式輸送機超速運過程中。傳統低速輸送帶打滑開關的工作原理是通過檢測輸送帶與傳動滾筒速度的變化，比較分析二者之間的差值，如果出現打滑，發出打滑報警信號。該打滑開關在實際應用中由于自身的缺陷已不適用于選礦廠帶式輸送機保護裝置，亟需進行技術改造。

本次技術改造的核心是將失速檢測傳感器由直接接觸式改為非接觸式，減少了同時運轉造成的檢測器自身壽命問題。現采用標準貼片式 NPN 型傳感器作為失速檢測元件[2]，該 NPN 型傳感器是利用三極管的飽和和截止，輸出兩種狀態，屬于開關型傳感器。但輸出信號是截然相反的，即高電平和低電平，PNP 輸出是高電平 1，NPN 輸出的是低電平 0。該非接觸式失速檢測傳感器的安裝方式與傳統直接接觸式傳感器也略有不同，分別在從動滾筒的 4 等分位置焊接 4 個感應鐵片，然后將測速元件通過支架安裝在帶式輸送機架上，并保持合適的距離。當帶式輸送機運行時，從滾筒上的感應片與輸送帶保持同速轉動，通過式(1)可計算出傳感器輸出頻率信號并送至控制系統進行處理，傳感器與控制系統的接線如圖 1 所示[3]。

圖1 傳感器配線圖

傳感器輸出頻率

式中：PPR為接收到的每圈脈沖數；RPM為在報警設定點的轉速。

同時，就近安裝一臺輸送帶失速檢測控制箱，接收傳感器的信號，處理后轉速變為 4～20 mA 電信號傳輸至 I/O 柜，經 I/O 柜將信號上傳至主控室 DCS控制系統，通過控制系統處理后在上位機顯示輸送帶運轉的實際轉速與設定轉速的百分比，從而控制輸送帶電動機運行。輸送帶失速檢測與控制如圖 2 所示。

圖2 輸送帶失速檢測與控制示意

2.2 控制及設定

主機控制器和存儲器可設置速度保護數據處理與存儲，只有在編程與調試過程中調整數值，具體參數如表 1 所列[3]。

經主機控制器處理后的信號，以標準的 4～20 mA 信號送至 DCS 系統進行進一步處理，并在上位機上顯示帶式輸送機與額定轉速的百分比，一旦出現輸送帶打滑現象，會立即發出報警信號或設定停機值進行停機，起到聯鎖停機保護的功能。

帶式輸送機失速檢測的組態畫面如圖 3 所示。

圖3 帶式輸送機失速控制組態

3 改造效果

金川公司選礦廠首先將新型速度檢測裝置應用于6 000 t/d 系統的 45 號輸送帶，試運行 3 個月后，運行效果良好，后陸續推廣到其余帶式輸送機上，安裝使用后達到了以下效果：

(1)采用非接觸式傳感器[2]，受設備運行影響小，檢測準確可靠；

(2)傳感器及控制系統故障率低，免維護；

(3)帶式輸送機在運行過程中出現聯軸器等斷軸故障，輸送帶停止，電動機仍運行，及時檢測輸出失速報警狀態，輸送機控制系統聯鎖，碎礦輸送帶輸送系統聯鎖停機，解決了輸送帶壓料現象。

通過對帶式輸送機失速檢測裝置的改進，為選礦廠帶來了直接和間接的經濟效益。據不完全統計，每減少一小時的非計劃停車，就給選礦廠帶來直接經濟效益 5 萬元。間接效果是降低了崗位操作人員的勞動強度，增強了設備運行的安全性。

4 結語

基于非接觸式傳感器的帶式輸送機失速檢測控制系統具有響應速度快、精度高、可靠性高及安裝維修方便等優點。本次帶式輸送機失速檢測裝置的改進，不僅彌補和完善了傳統帶式輸送機打滑開關的不足，而且大大提高了失速保護的可靠性，在實際應用中取得了良好的效果，有效減少了生產操作人員的工作量，給同行業帶式輸送機保護裝置的運用提供了一定的參考經驗，具有一定的推廣和借鑒意義。