帶式輸送機張緊系統智能化與自動化的實現

閆省偉

（高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

引言

采煤機、輸送機以及液壓支架作為綜采工作面的三大機電設備，其運行穩定性直接決定綜采工作面的開采效率和安全性。隨著帶式輸送機朝著長距離、大運量以及大功率的方向發展，其動態特性影響著帶式輸送機的運行[1]。張緊裝置作為帶式輸送機的關鍵部件，鑒于其載重量不斷上升，出現在啟動階段對設備造成較大的沖擊或在運行、制動以及停車等階段出現張緊力余量過大或者余量不足的問題，進而導致設備功耗過大甚至輸送帶出現應力疲勞、拉斷的事故。因此，本文旨在解決帶式輸送機啟動時對輸送帶沖擊較大、輸送帶張力反應不及的問題開展對帶式輸送機液壓張緊裝置的研究，并對其張緊特性進行仿真分析。

1 帶式輸送機張緊裝置位置的確定

為確保帶式輸送機的張緊特性除了對其各零部件的性能提出要求外，其所處位置也相當重要。布置帶式輸送機張緊裝置時需遵循如下原則：

1）張緊裝置最好布置于帶式輸送機啟動裝置附近；若其布置位置確需離驅動裝置較遠，需為其增設相應的重錘裝置；

2）張緊裝置最好布置于輸送帶張力最小或者離滾筒松邊較近的位置；

3）根據帶式輸送機具體工況設計對應的張緊力；

4）根據帶式輸送機輸送帶接頭的預留量設計對應的拉緊行程[2]。

基于上述原則，并結合綜采工作面的長度大于300且工作面坡度小于5%，將該工作面帶式輸送機張緊裝置布置于設備驅動裝置的空載一側。張緊裝置的布置位置如圖1所示：

圖1 張緊裝置布置示意圖

2 帶式輸送機張緊裝置的結構及設計選型

2.1 張緊裝置的結構組成

張緊裝置的主要結構由液壓系統、電氣控制系統以及機械系統組成。其中，機械系統主要由絞車、拉緊小車以及滑輪等組成；電氣控制系統主要由傳感元器件以及電氣控制箱等組成；液壓系統主要由液壓泵站、制動器以及蓄能器等組成。

張緊裝置工作原理分析：在實際工作中，位于鋼絲繩上的拉力傳感器對設備輸送帶的張力進行采集，并將采集到結果傳送至PLC控制系統與設定比較后得出相應的控制信號，并實現對張緊裝置電機正轉、反轉以及停止等狀態的控制，從而達到實現對張緊裝置的拉伸與縮進[3]。

2.2 張緊裝置元器件的設計選型

2.2.1 張緊裝置液壓系統元器件的選型

帶式輸送機張緊裝置液壓系統主要有油濾器、泵、電動機、電磁換向閥、單向閥、張緊油缸、截止閥、溢流閥、平衡閥以及馬達[4]?；诮涷灱坝嬎愕幕A上，選擇如下頁表1所示的選型結果。

2.2.2 張緊裝置電氣控制系統的設計

張緊裝置電氣控制系統基于PLC控制器設計的。故，PLC控制器為其核心設備。所選PLC控制器的類型為S7-200系列，為系統設計兩個輸入模塊、一個輸出模塊。此外，PLC控制器配置相關元器件如下頁表2所示。

表1 張緊裝置液壓系統關鍵元器件的選型

表2 電氣控制系統元器件選型

3 帶式輸送機張緊控制系統的設計

傳統帶式輸送機張緊系統無法根據輸送帶張緊力的變化而對其進行調整。為實現帶式輸送機張緊系統的智能化和自動化控制，本文基于PLC控制器設計智能化、自動化控制系統。張緊系統的控制原理如下：

張緊系統的張力傳感器對輸送帶的張緊力進行實時監測，將所采集的張緊力與設定值進行比對，并結合帶式輸送機的實時運行狀態通過控制張緊系統電機的轉向，實現對帶式輸送機輸送帶的張緊或者放松。根據控制需求，可將張緊系統的控制方式分為集中控制和機旁控制。根據張緊系統智能化和自動化的需求，選擇集中控制方式對張緊系統進行控制。

3.1 張緊系統的硬件設計

PLC控制器為帶式輸送機張緊系統的核心設備，所選型PLC控制器的型號為S7-200系列控制器[5]。根據張緊系統中電機、制動器、輸送機保護信號以及張力輸送信號等要求，為該PLC控制器配置如表3所示。

帶式輸送機張緊系統張緊力的準確采集是實現其自動化和智能化的基礎。因此，本系統采用壓力傳感器和壓力變送器相結合的方式實現對輸送帶張力的測量。其中，壓力傳感器的型號為PR6201，壓力變送器的型號為BMSP-120。

3.2 張緊系統的軟件設計

由帶式輸送機張緊系統的控制要求，其軟件控制主要包括有帶式輸送機驅動程序、張緊力測量程序以及張緊力控制程序。其中，張緊力控制程序是實現帶式輸送機張緊系統自動化和智能化控制的核心。本節著重對張緊力控制程序進行設計，其控制流程如圖2所示。

表3 PLC控制器模塊配置

圖2 張緊系統控制流程圖

如圖2所示，張緊系統啟動后主電機和張緊電機制動閘打開并判斷主電機和張緊電機是否出現故障，若出現故障則進行停車報警，若無故障則正常運行。待輸送帶具備正常運行的條件時，對所采集到輸送帶的張緊力與設定值進行比對，并根據比對結果控制張緊系統電機的轉向實現對輸送帶的張緊和放松兩個操作。

4 結論

帶式輸送機張緊系統是保證設備安全、穩定運行的關鍵系統。為進一步提升帶式輸送機的可靠性和穩定性，實現張緊系統的自動化和智能化控制是十分有必要的。

1）將帶式輸送機張緊系統布置于驅動裝置空載的一側。

2）為輸送帶張緊系統配置S7-200系列PLC控制器，并根據控制需求為其配置對應的數字量輸入、數字量輸出以及模擬量輸入模塊；為張緊系統配置壓力傳感器和壓力變送器相結合的張緊力測量分系統。