DSJ-800型礦用帶式輸送機自動張緊控制系統研究

鄂思佳

(陽煤集團五礦, 山西 陽泉 045000)

0 引言

礦用帶式輸送機作為煤礦中的關鍵設備，保證輸送機中皮帶具有較為穩定的運行狀態是提升輸送機工作效率的關鍵。帶式輸送機在啟、停瞬間會受到較大的外界載荷作用，皮帶的長期運行不僅會造成自動部件的磨損，也會使滾筒產生不同程度的移動，導致作用在皮帶上的張緊力出現波動、不穩定[1]。而較小的皮帶張緊力會使皮帶運行時出現打滑或跑偏現象，較大的皮帶張緊力則會使皮帶出現斷裂或卡死現象，保證皮帶上具有較為穩定的張緊力至關重要。將當前先進的自動化控制技術應用到皮帶輸送機的張緊力自動調節控制中，已成為提升輸送機工作效率的關鍵[2]。為此，本文以DSJ-800型礦用帶式輸送機為分析對象，基于PLC控制技術，開展了自動張緊控制系統研究，并通過現場運行，驗證了該控制系統的可靠性及穩定性。

1 常見張緊系統分析

常見的礦用帶式輸送機張緊系統有重力式、固定式、自動控制式等類型。下面就此3類張緊方式進行對比分析。

1.1 重力式張緊系統

重力式張緊系統主要是利用重力和動/靜滑輪原理，將重錘通過鋼絲繩掛于輸送機上皮帶的一端，利用自身重力拉動張緊小車運動，在滾筒的滾動作業下，使皮帶一直處于拉緊狀態，帶式輸送機處于正常運行或停止狀態時，可以保證皮帶一直處于拉緊恒定狀態，并保證皮帶因運行變形而產生的塑性伸長。該方式整體結構相對簡單，成本及后期的維護保養也相對較低。但此方式皮帶一直處于最大拉力狀態，長期運行會大大降低皮帶的使用壽命[3]。

1.2 固定式張緊方式

固定張緊方式主要是將滾筒進行固定，采用螺旋方式進行固定操作，保證皮帶在運行過程中的距離不發生相對變化，當需對皮帶的松緊進行調整時，只能先將帶式輸送機停機，手動調節滾筒位置，以此來手動完成對皮帶松緊的調節。在手動調節過程中，螺旋桿通過在導軌上來回移動實現對滾筒松緊的調節。該種調節方式會產生較大的沖擊作用，因此，需重點對滾筒上的固定螺栓進行防松動調節，以此保證其使用壽命。

1.3 自動張緊方式

自動張緊方式采用了自動化控制技術，通過在輸送機上安裝張力傳感器，并與張緊小車、張力執行機構、減速器、滑輪組及控制器一起形成一套完成的張緊系統，其工作原理如圖1所示。其中，張力傳感器安裝于皮帶上，可對皮帶運行過程的張力情況進行實時檢測，而張力調節機構主要通過油缸的來回作業實現對皮帶張緊力的調節，同時，可有效彌補因皮帶的塑性變形而產生長度變化[4]。此張緊方式的自動化程度及操作性相對較高，不僅能大大提高皮帶的張力效果，也能減少人員的操作性，控制的可靠性及控制精度相對較高。因此，本文將對此自動式張緊系統進行重點設計研究。

圖1 自動式張緊系統工作原理

2 自動張緊系統結構組成

帶式輸送機的自動張緊系統主要由皮帶、張緊滾筒、張緊小車、控制器、張力產生設備及改向滾筒等部件組成，如圖2所示。其中，張緊滾筒與皮帶直接纏繞連接，通過兩部件之間的相對摩擦帶動皮帶運行，滾筒的轉動慣量及摩擦因數直接影響著皮帶的傳輸效率及張緊情況[5]；張緊力產生設備采用液壓油缸方式，可推動張緊小車來回移動，滾筒由于固定于張緊小車上，張緊小車的移動則會帶動滾筒移動，以此實現皮帶張緊力的調節，而張緊小車自身的慣性力及摩擦力也會對皮帶的張緊效果造成影響。張力控制設備基于PLC進行控制，其較高的控制精度及合理的判斷邏輯將會直接影響整套系統的正常運行。

圖2 自動張緊系統結構示意圖

3 帶式輸送機自動張緊控制系統設計

3.1 自動張緊控制系統原理

自動張緊控制系統主要由張力傳感器、張力顯示表、PLC控制器、驅動電機、行程開關等組成，其結構框圖如圖3所示。在整個控制過程中，控制系統會給輸送機的啟停發出控制信號，此時張力傳感器則對皮帶上的張力值實時檢測，并將檢測信號經過變送器轉換為電信號后發送給PLC控制器，PLC將接收的信號與設置的張力值進行對比和邏輯判斷，以此發出相應的張緊抱閘啟停命令信號，實現對張緊電機正轉和反轉的轉向控制[6]；此時，張緊電機根據接收的控制信號將輸出的轉動力通過減速器作用帶動鋼絲繩移動，從而拉動張緊小車的前后移動，實現對皮帶張緊力的調節控制；在實現張緊力調節后，張緊電機會通過內部的抱閘進行抱死，以保證調節后的皮帶時刻處于張緊狀態，并維持一定的恒定張力。

圖3 自動張緊控制系統結構框圖

3.2 硬件系統設計

3.2.1 PLC選型設計

根據自動張緊控制系統原理，選用ControlLogix 系列的PLC控制器及控制系統。該PLC控制器包括通訊模塊、輸入輸出模塊、軟件編程模塊等，可通過RS485通訊實現對輸送機中多個點號的控制統計，包括對張緊電機、驅動裝置、主控電機等電器設備的驅動、限位、應答等信號進行收集及信號傳輸。該PLC控制器中的CPU邏輯內存為478 kB，控制電源電壓為85 V～250 V，最大輸入功率可達110 W以上，能兼顧多個范圍內不同功率信號的控制需求。同時，數字量輸出模塊選用AC220 V，具有8路輸入通道，可對整套控制系統中的信號進行相互隔離和點號對應，其中，張緊電機制動器應答通道號為DIO302.0，電機正反轉應答通道號為DIO302.2，系統故障復位應答通道號為DIO302.6。

3.2.2 張力采樣分系統設計

在整個控制系統中，張力采樣分系統是最為關鍵的系統，由張力傳感器、變送器、張力顯示儀表等組成，并將傳感器安裝于鋼絲繩上，傳感器的輸出信號線采用了4芯屏蔽線，可將檢測到的張緊力傳輸至BMSP-120變送器中進行信號放大，放大倍數最大可達6倍，并同步轉換為5 mA～20 mA的電信號，再傳輸給PLC控制器進行信號計算及邏輯判斷，最終將計算結果通過上機位監控系統進行實時顯示，同時，可將張力信號顯示在數字顯示器中。張力傳感器選用PR6201，其工作電壓為24 V，最大過載倍數為150%；BMSP-120型變送器的輸入信號為0.6 mV～3.0 mV，輸出電流為5 mA～20 mA;顯示儀表選用195 系列的直流電流顯示表，可對不同范圍內的張力信號進行實時顯示。張力采樣電路結構如圖4所示。

圖4 張力采樣電路結構

3.3 控制系統驅動程序設計

控制系統驅動程序采用了模塊化編程設計，設計了單相電機驅動模塊作為輸送機的驅動模塊程序，其封裝后模塊如圖5所示。在該封裝模塊中，包含了多種標記的信號,通過各模塊信號的相互配合及信號接收，實現對帶式輸送機上張緊力的信號采集、驅動控制信號轉換及輸出等操作。其中，模塊中的SS速開信號可對電機的運行速度進行信號采集，當采集到的電機信號相對較低時，則執行自動保護命令;RN_Time 為應答返回時間，當系統啟動的時間超過了設置的無應答時間，則會發出自動報警提示。

圖5 單向電機驅動模塊

4 自動張緊控制系統運行效果

將自動張緊控制系統在DSJ-800型礦用帶式輸送機上進行應用測試,主要對啟動、運行、停止等多種狀態下的皮帶張力情況進行檢測分析。測試結果表明，皮帶上的張緊力相對平穩，控制系統的整體性能相對較好，在設備啟停、空載等多種狀態下皮帶均未出現打滑、跑偏現象，張緊小車在左、右移動過程中未出現異常振動現象，控制系統的顯示界面也能準確地將皮帶運輸情況進行實時顯示，且顯示精度相對較高，實現了皮帶張緊力的遠程自動化控制。

5 結語

以當前常見的張緊系統為設計基礎，開展了帶式輸送機中自動張緊裝置及控制系統的總體設計，重點對自動張緊控制系統中的硬件系統及驅動程序等方面進行研究。該控制系統運行穩定，能通過控制系統的自動調節功能保證皮帶具有較為穩定的張緊力，且皮帶運行過程未出現打滑、跑偏現象，驗證了該控制系統的可行性。這對提高帶式輸送機的運行安全及自動化程度、延長皮帶的使用壽命具有重要意義。