PLC在帶式輸送機綜合保護系統中的應用

薛志鵬

（山西煤礦安全培訓中心，山西 太原 030002）

引言

煤礦運輸系統分為主要運輸和輔助運輸。其中，帶式輸送機、刮板輸送機、提升機為綜采工作面的主要運輸系統。帶式輸送機應用較為廣泛，其運輸效率和安全性將直接影響整個工作面的生產能力。在實際生產中，帶式輸送機常會出現跑偏、打滑、撕裂、斷帶以及張緊力下降等故障，嚴重影響設備的運輸效率和安全性[1]。因此，實時監測帶式輸送機的運行狀態并對故障信息進行及時處理對于保證礦井的安全、高效生產具有重要意義。本文重點基于PLC實現對帶式輸送機的綜合保護，具體闡述如下：

1 帶式輸送機故障類型分析與檢測

在實際生產中帶式輸送機常見的故障類型包括輸送帶跑偏、打滑、堆煤、縱向撕裂、斷帶等事故。本節重點對上述故障的行程原因和檢測方法進行分析。

1.1 跑偏故障的原因分析與檢測

一般情況下，當輸送帶偏移帶式輸送機輸送帶寬度的5%，定義為輸送帶出現跑偏的現象。經研究可知，導致帶式輸送機輸送帶出現跑偏的主要原因包括有機架的剛性較差、輸送帶落料口不合理、輸送帶接頭不直、機架的安裝不垂直以及滾筒安裝誤差較大等。在實際應用中為了減小帶式輸送機輸送帶跑偏的情況常采用錐形調心托輥、立輥式調心托輥、摩擦調心托輥、吊掛式托輥組以及液壓調偏裝置等[2]。

目前，在實際應用中輸送帶跑偏將會導致更嚴重的事故發生。因此，實現對輸送帶跑偏的檢測并及時采取對應措施尤為關鍵。一般的，在帶式輸送機輸送帶兩邊分別安裝跑偏開關對其跑偏故障進行檢測。跑偏開關的工作原理如圖1所示。

圖1 輸送帶跑偏開關工作示意圖

1.2 打滑故障的原因分析及檢測

導致帶式輸送機輸送帶打滑的根本原因為輸送帶和托輥的摩擦力不足所導致，在輸送帶和托輥之間存在相對滑動的現象。深入研究可知，導致輸送帶和托輥之間出現相對滑動的具體原因可能為輸送帶運輸量過大、張緊裝置提供的張緊力不夠、輸送帶使用時間較長。為了解決輸送帶與滾筒之間的相對滑動可以通過增加二者之間的摩擦系數、增加輸送帶的圍包角等[3]。

在實際運輸中，為了避免由于輸送帶打滑需對打滑現象進行檢測。一般的，采用兩個傳感器分別對滾筒和輸送帶的速度進行檢測，若二者存在速度差則說明發生打滑現象，系統應及時采取措施進行保護。針對速度檢測的傳感器可采用的類型包括有SX-1傳感器、磁感應發送器、磁電式傳感器、舌簧管式速度傳感器、光敏管式速度傳感器等。

1.3 堆煤故障的原因分析及檢測

堆煤故障也是帶式輸送機在運輸中常見的故障類型之一，其主要表現為物料在卸載點出現堆積的現象，影響設備的正常運輸任務。一般情況下，導致設備出現堆煤事故的原因包括有設備導料槽存在卡料的現象、運輸機的啟動順序滯后于給煤機等。

同時，檢測堆煤故障對于保證設備安全、高效的運行尤為重要。在實際生產中，采用堆煤傳感器對堆煤故障進行檢測，包括有煤電極式傳感器、偏擺式堆煤傳感器和水銀開關型堆煤傳感器。

鑒于篇幅有限，本節僅對上述三項常發生的故障類型進行分析研究。

2 PLC在帶式輸送機故障定位裝置中的應用

鑒于帶式輸送機的運輸距離較長，雖然基于“1”中的理論和相關傳感器的應用可以檢測出相應故障，但是，無法準確地實現對帶式輸送機故障的定位也是制約帶式輸送機綜合保護功能實現的關鍵因素。本節重點研究PLC在故障定位的應用。

目前，國內針對帶式輸送機故障定位功能的保護裝置包括有基于PLC模擬量模塊的電阻網絡定位裝置、基于PLC高速計數器頻率定位裝置、脈沖寬度定位裝置、編碼定位裝置以及基于CAN總線的定位裝置等[4]。在上述眾多的定位裝置實際應用中發現如下問題：

1）對帶式輸送機運行時的故障報錯率較高；

2）上述故障定位裝置的可靠性不高，其對應的功能較少；

3）上述故障定位裝置在實現系統的綜合保護和信息共享方面的難度較大。

為解決上述故障定位裝置的缺陷，本文提出基于PLC控制器設計分布式I/O定位裝置，該類型定位裝置的系統結構框圖如圖2所示：

圖2 基于PLC控制器的分布式I/O定位裝置結構框圖

如圖2所示，故障定位裝置主要由PLC控制器、通訊電纜以及分布式I/O從站組成。

3 PLC在帶式輸送機綜合保護系統的應用

基于上述對帶式輸送機故障分析及故障定位裝置研究的技術上，設計如圖3所示的綜合保護系統。

圖3 帶式輸送機綜合保護系統結構框圖

如圖3所示，帶式輸送機綜合保護系統主要由監控層、控制層、信號采集層、通信層等組成。其中，PLC控制器為綜合保護系統的核心，考慮到系統功能實現的效率和可靠性，本方案選用S7-300系列的PLC控制器。PLC控制器通過對機頭傳感器的信號、故障定位裝置的信號進行采集，經過內部運算得出相應的設備開停控制信號；與此同時，PLC控制器還會將所采集到的信號上傳至工控機進行實時顯示和存儲。根據帶式輸送機綜合保護系統的功能實現需求，PLC控制器配置的各類模塊如表1所示。

表1 S7-300系列PLC控制器功能模塊的配置情況

為綜合保護系統配置了相應的硬件的基礎了，結合帶式輸送機綜合保護系統的功能需求，設計如圖4所示的程序流程圖。

圖4 帶式輸送機綜合保護系統程序流程圖

如圖4所示，v為輸送帶的速度，ve為帶式輸送機滾筒的速度。系統首先對輸送帶是否出現打滑和超速的故障進行判斷，并對應的發出報警功能；然后，依次分別對帶式輸送機的堆煤、一級跑偏、二級跑偏、撕裂、煙霧、斷帶等故障進行判斷，并對應性地發出語音報警進行控制，從而避免事故的進一步擴大，保證設備的安全運行[5]。

4 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，而在實際生產中帶式輸機輸送帶的跑偏、堆煤、撕裂、打滑、超速等故障不可避免。因此，實現對帶式輸送機上述故障的綜合保護對于提升設備的運輸效率和安全性尤為重要。