皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)的應用研究

陳上華

摘 要：皮帶輸送機的主要優(yōu)勢是傳輸距離遠、裝載量大，是碎散物料運輸?shù)闹饕斔驮O備之一，在礦山等地方發(fā)揮著重要作用。它負責把井下的礦石運出，為礦井的生產(chǎn)提供重要保障。為使礦井的皮帶物料傳送系統(tǒng)更安全、可靠，特開發(fā)了一套全自動化管理控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)操作簡單、方便、安全，可以實現(xiàn)皮帶輸送機與料倉倉位監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動運行，實現(xiàn)皮帶輸送機系統(tǒng)自動化啟動、停止，達到減人提效、節(jié)能降耗的目的。

關鍵詞：自動化控制;皮帶輸送機;堆料傳感器;倉位信號

中圖分類號：TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0032-03

Application Research on Belt Conveyor Automatic Control System

CHEN Shanghua

（Fujian Liancheng Manganese Mine Co.， Ltd.， Longyan Fujian 364000）

Abstract： The main advantages of belt conveyor are long transmission distance and large loading capacity. It is one of the main conveying equipment for the transportation of broken and bulk materials. It plays an important role in mines and other places. It is responsible for transporting the ore underground， providing an important guarantee for the production of mines. In order to make the belt material conveying system more safe and reliable， a set of fully automatic management and control system is developed. The operation of the control system is simple， convenient and safe. It can realize the linkage operation of the belt conveyor and the bin position monitoring system， realize the automatic start and stop of the belt conveyor system， and achieve the purpose of reducing people， improving efficiency， saving energy and reducing consumption.

Keywords： automatic control;belt conveyor;stacking sensor;position signal

傳統(tǒng)的皮帶輸送機控制器功能較為簡單，只有啟停和相關保護功能。皮帶輸送機需要運行時，一般是司機通過電話、信號裝置等與井下轉(zhuǎn)載司機聯(lián)系，存在效率低、環(huán)節(jié)多、皮帶輸送機空轉(zhuǎn)時間長以及故障時容易造成堵倉等缺陷。為實現(xiàn)皮帶輸送機的智能化操作，使控制系統(tǒng)更加安全、可靠、平穩(wěn)，特開發(fā)了一套全自動化管理控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)增加了速度保護、超溫保護、堆料保護、煙霧保護、皮帶撕裂保護、走偏保護、急停保護、皮帶打滑保護以及欠電壓保護等功能，并且能實現(xiàn)皮帶輸送機的遠程啟動和停止[1]。該控制系統(tǒng)具有全自動運行模式和手動運行模式，操作簡單、方便、安全，可以實現(xiàn)皮帶輸送機與料倉倉位監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動運行，實現(xiàn)皮帶輸送機系統(tǒng)自動化啟動、停止，達到減人提效、節(jié)能降耗的目的。

1 皮帶輸送機的優(yōu)勢

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展及材料運輸規(guī)模的不斷擴大，皮帶輸送機已經(jīng)成為碎散物料運輸?shù)闹饕獧C械設備之一。同時，人們對皮帶輸送機設備的性能要求越來越高，對皮帶輸送機設備在材料運輸過程中的經(jīng)濟性、安全性、可靠性和高效性等的需求也越來越高。和其他運輸機械設備相比，皮帶輸送機存在以下幾個優(yōu)點：運輸能力大，能不間斷地運送物資，同時能在不停車的狀況下進行卸載和裝載，不會因為空載而導致輸送間斷;運輸距離較遠，不僅單機輸送長度日益增加，而且可由多臺單機串聯(lián)搭接成長距離的輸送線路;自身質(zhì)量較輕，造價較低，因受載均勻，速度穩(wěn)定，工作過程的功率變化也不大;在相同的輸送條件下，皮帶輸送機所需的功率一般比較小[2-3]。

2 自動化系統(tǒng)的組成

皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)是由德國西門子公司設計制造的S7-300可編程序自動控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、SIMATIC WINCC視窗控制中心組態(tài)軟件、地面集成監(jiān)控儀、以太網(wǎng)交換機、倉位感應器、轉(zhuǎn)速傳感器、電壓傳感器、就地監(jiān)控終端、電流傳感器、煙霧感應器、皮帶掃描裝置、溫度感應器、皮帶跑偏裝置、急停控制開關、堆料傳感器、自動報警裝置及各類安全保護器等構成的人機接口控制器。

皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)示意圖見圖1。

3 皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)的設置

料倉中的堆料傳感器將料倉內(nèi)物料的高度參數(shù)發(fā)送給皮帶輸送機控制系統(tǒng)，應在PLC程序中設置連續(xù)感應物料高度的時長，防止因物料意外落下時，堆料傳感器誤感應動作導致皮帶機提前啟動造成空轉(zhuǎn)。皮帶輸送機控制系統(tǒng)接收到料倉中堆料傳感器發(fā)出的信號時，通過脈沖信號計算堆料的高度，并用計數(shù)器累計運行時長。堆料傳感器的感應時長達到設定時長后，皮帶輸送機、給料機按順序依次啟動。在PLC程序中設置停止感應時長，當堆料傳感器未感應到倉位信號達到設定值時，給料機、皮帶輸送機依次按順序停止運行。

4 工作原理

皮帶輸送機的機械部分主要由輸送帶、減速器、驅(qū)動電機、托輥、驅(qū)動滾輪、張緊裝置及制動裝置等構成。同時，輸送皮帶以封閉型式依次繞過換向滾輪和驅(qū)動滾輪，下輸出帶與上輸出帶之間以托輥為基礎，并由張緊裝置供給拉牢力。工作時，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，將力矩傳導給驅(qū)動滾輪，驅(qū)動滾輪牽引輸送帶傳動，從而實現(xiàn)物料的輸送。

礦井生產(chǎn)的礦石通過平巷運輸卸載至料倉，再由給料機喂料給皮帶輸送機，經(jīng)由皮帶輸送機運送至地面。

當料倉內(nèi)礦石堆積至設定的開機高度時，堆料傳感器將信號發(fā)送至皮帶機控制箱，控制箱發(fā)出信號，皮帶機啟動運行。皮帶機進入運行狀態(tài)后，給料機啟動喂料。該控制系統(tǒng)即時收集現(xiàn)場皮帶輸送機運行中所有工作點數(shù)據(jù)，包括料倉的倉位、皮帶電機運動速率、電機的電壓、電流等信息數(shù)據(jù)。在自動識別到達設定參數(shù)值后，皮帶機開始自動工作，并即時監(jiān)測皮帶機的運行狀態(tài)，全部過程由PLC軟件控制完成。該控制系統(tǒng)還可以按照設定好的相關技術參數(shù)和保護參數(shù)，自行開始或終止皮帶輸送機的運行[4-5]。

皮帶輸送機控制器設定有手動、自動及檢修等模式。PLC控制箱中設有皮帶輸送機手動啟停控制器、故障報警、預警、噴水、超溫及張緊控制等輸出繼電器觸點，接收堆料信息、皮帶機開停反饋、噴水反饋、給料機開停反饋、各種傳感器等信息。操作臺可根據(jù)給料倉的堆料傳感器信息，自動控制開停給料機、皮帶輸送機，也可通過手動模式，按順序開停給料機、皮帶輸送機。系統(tǒng)所有運行參數(shù)均在操作臺的顯示屏顯示。

操作臺控制界面見圖2。

5 皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)運行優(yōu)點

5.1 操作簡單

該控制系統(tǒng)設有手動操作和全自動工作模式。使用計算機顯示界面能實現(xiàn)切換操作，簡單方便又安全可靠。它具有實時監(jiān)測的動態(tài)畫面，有數(shù)字屏幕可以顯示系統(tǒng)運行速度、電壓、電流及環(huán)境溫度等數(shù)值，使得所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以一覽無余。

5.2 保護齊全

具有滾筒和電機超溫保護報警功能，當感應到滾筒和電機的溫度超過設定值時，控制系統(tǒng)顯示并發(fā)出報警;具備缺相保護控制功能，當監(jiān)測到一相缺少電流值時，控制系統(tǒng)顯示并發(fā)出報警;具有超速保護功能，當皮帶機工作速度超過設定的速度值時，控制系統(tǒng)自動停機并報警;具有機頭處堆料保護功能，當皮帶機機頭處出現(xiàn)物料成堆時，自動停止工作并發(fā)出報警;具有感應煙霧保護功能，發(fā)生煙霧時自動斷電、報警，并打開自動噴水設備;具有跑偏防護功能，對皮帶機機頭、機尾及中間皮帶上的跑偏現(xiàn)象進行監(jiān)測，當跑偏較小時進行警示但不停車，當跑偏較大時進行警示并及時停車;具有緊急停機閉鎖功能，在緊急情況下能使用緊急停機裝置實現(xiàn)緊急停機，但停止工作后只有在人工復位后才可以重新開啟;具有皮帶防撕裂保護功能，實時掃描皮帶表面，發(fā)現(xiàn)皮帶表面有裂紋時發(fā)送報警信號，并提醒檢修[6-8]。

6 結語

此套皮帶輸送機自動化控制系統(tǒng)投入使用后，實現(xiàn)了皮帶輸送機和料倉給料系統(tǒng)的聯(lián)動運行，減少了皮帶機的空轉(zhuǎn)時間，節(jié)約了能耗，可以在發(fā)生隱患和產(chǎn)生故障時發(fā)出報警，把故障和隱患消滅在萌芽狀態(tài)。給料機系統(tǒng)可不再設置專職操作人員，實現(xiàn)自動化運行。

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