皮帶測速裝置綜合檢測

王越

（河北港口集團秦皇島港股份有限公司第七港務分公司，河北秦皇島 066000）

關鍵字：皮帶速度檢測；PLC 程序；快速有效

0 引言

皮帶速度檢測開關是廣泛應用在港口運輸行業的一種安全保護裝置，對皮帶欠速保護起到很大作用。因其不需要與旋轉機械裝置連接，極大減少了轉動機構振動對測速裝置的影響。在速度開關完好時，皮帶運轉的情況下繼電器動作檢測速度，能夠有效的進行皮帶欠速保護。但是當供電線路故障或者速度開關元件損壞時，皮帶啟動后速度開關的繼電器不會變化，其對應的PLC 輸入點狀態不會變化，則PLC 程序上的“皮帶欠速”可能一直處于無故障狀態，皮帶運行失去欠速保護作用，存在安全隱患。此外，因其技術特點，無法在安全保護裝置專項檢查過程中對測速裝置進行快速有效的檢查。基于本質安全的工作思路，需要修補設計上的安全漏洞，對皮帶進行更加安全有效的保護。

1 背景

在港口皮帶運轉過程中，為了保證皮帶機正常運轉，常用的保護裝置有拉繩開關、堵斗開關、防撕裂開關、跑偏開關、皮帶速度檢測開關等。其中皮帶速度檢測開關，是港口運輸行業中非常重要的一種安全保護裝置，直接影響著設備安全穩定運行。尤其在雨雪天氣情況下，皮帶與滾筒摩擦力降低，極有可能造成皮帶打滑，繼續長時間運轉，會造成嚴重的火災，給公司造成嚴重的經濟損失。在今年的日常安全保護檢查過程中經常發現皮帶測速檢測開關失去保護功能，但并不影響皮帶運轉的現象。經過研究發現，現場使用的測速保護裝置存在固有的設計缺陷，在某些特定情況下，無法起到有效的保護作用。而且打滑限位的檢測也十分費時費力，影響作業效率。對Logix5000 PLC 程序編譯、滾筒擋鐵改造有效的對保護裝置進行優化。

2 對測速開關安全的改進

秦皇島港煤四期擴容裝卸設備的所有皮帶使用的測速裝置均為ESPB-030 型號的電子式速度開關。這種速度開關智能型，一體化結構，設置、安裝、調試簡單。非接觸探測器無運動部件、無磨損、壽命長、極大減少了轉動機構振動對測速裝置的影響。保護結構為IP67 等級，即使在惡劣的室外環境中也無障礙動作。在長期的使用過程中對皮帶欠速保護起到很大作用。

2.1 ESPB-030 速度開關的設計原理

ESPB-030 速度開關內設有數碼開關，可以直接在現場設定動作轉速和延時時間；其與檢測片的距離可調整到18 mm，使其不會受到機械振動等影響；工作電壓AC 220 V±10%，測速范圍20～999 r/min，整機功耗＜15 W，開關形式為一組開點、一組閉點，環境溫度-15～40 ℃；保護結構采用IP67 等級，適合現場環境使用。

其基本原理是當被檢測機械裝置啟動后，其軸速在預先設定好的速度以下時，繼電器開始動作檢測速度。當在設定的時間內速度達到設定動作轉速時，即顯示皮帶欠速無故障；當在超過設定時間后，皮帶仍沒有達到設定動作轉速時，即顯示皮帶欠速故障。限位內部自帶延時，可降低限位誤動作的概率。

2.2 基于PLC 程序控制的測速裝置特點

速度開關用于現場設備中，將限位開閉點信號接近PLC 程序中，并編譯程序進行控制。現場速度開關當皮帶運轉時，供電電源接AC 220 V 電壓，常閉點COM-NC 接DC 24 V 電壓進PLC的輸入模塊。速度開關在不同情況下的具體狀態見表1：

表1 速度開關各種狀態

2.3 設計自檢測的PLC 控制程序

由表1 可知，當無供電電源或速度開關本身損壞時，速度開關繼電器有可能不動作，不顯示“皮帶欠速故障”。而且該限位外殼無指示燈，有無供電電源只能打開限位外殼來判斷。作為皮帶機重點安全保護裝置，限位的失效有可能造成重大機損事故，對企業生產造成極大的影響。針對原有設計中限位狀態無變化，也無法報故障的缺陷，從程序、硬線連接兩個方向進行優化。原設計中，打滑開關程序中選用的是閉點，皮帶未啟動時是斷開的狀態。這也是限位故障后，不能及時發現的主要原因。優化后的程序上選用限位的開點，同時限位220 V 電源由原來的啟動后供電變為長得電。改造后限位在設定時間內無狀態變化，就可以判定限位失效或是真打滑。正常情況下，皮帶到達指定速度，程序中開點斷開。此外可以運用Logix5550的上升沿OSR 和下降沿OSN 指令來捕獲繼電器是否有動作變化，檢測電源供電和速度開關是否正常，同時將檢測的結果作為“皮帶欠速”的一個新的輸入條件。當皮帶真打滑欠速或測速裝置本身故障時都將及時報警“皮帶欠速故障”，解決了設計缺陷，實現了對皮帶更有效的進行安全保護。雙重保護裝置檢測，確保限位穩定運行。皮帶測速裝置自檢測程序如圖1所示。

圖1 皮帶測速裝置自檢測程序

除了皮帶測速裝置自檢測程序優化，通過與三班運行人員的交流，又發現了一個可能對設備造成損傷的設計問題。三班人員反應，有時候皮帶打機側時顯示皮帶打滑，但是正常流程啟動，不報皮帶打滑。這種情況有可能對設備故障判斷造成偏差。經過程序的分析研究，發現原設計中，皮帶啟動命令給出后，皮帶并不是立即啟動，還要經過皮帶報警等一些其他延時。因為皮帶打滑檢測自身延遲，加上皮帶長短不同，皮帶啟動報警時間不同，每條皮帶設定的打滑檢測延時各不相同。皮帶啟動一般分為機側啟動、正起流程、逆啟流程，啟動命令給出后，到皮帶正常啟動因為啟動方式的不同，造成限位檢測投入的時間也不同。針對程序上這一設定缺陷，直接選擇皮帶啟動反饋點進行替代。程序優化后，無論何種啟動方式，限位都在同一個規定時間內投入檢測，直接解決了皮帶啟動打滑裝置檢測不同步的問題。

3 針對專項檢查的改進

改進專項檢查項目，使之適用于基于測速裝置自檢測設計的日常點檢。原有檢測片是固定焊接在轉動機構上的，維修電工在安全保護裝置的專項檢查過程中，重點檢查測速開關的外觀及開關附近的線路。若想檢測安全保護裝置有效性，需打開限位后蓋，將設定轉速調高，或將限位底座拆除，使限位遠離檢測擋鐵。若皮帶正常運行不停止，則不能直接判斷速度開關是否完好。由于港口濕度、鹽度較高，底座螺絲拆除難度較大，每次檢測都會對作業時間有較大影響。現將檢測片設計成可拆卸的檢測片，可拆卸檢測片安裝原理類似滑板車扶手上下調節裝置，采用一個開有偏心空的外圈，內圈安裝有一彈簧突起裝置，在需要拆卸時，按壓彈簧突起裝置，可以增大外管內壁與外壁之間的間隙，從而將內圈釋放，即當維修電工專項檢查時，將檢測片拆下后，再通知運行人員機側啟動皮帶。若皮帶轉到超過設定時間后仍運行，說明測速裝置失去保護作用，則可以快速判斷出速度開關損壞或供電電源故障，可以及時進行維修。此項改進操作簡單，檢測效果穩定可靠，運用到日常檢查過程中，極大地縮短了安全保護裝置的排查時間，在公司內部已經廣泛推廣。改造后的可拆卸測速檢測片如圖2 所示。

圖2 改造后的可拆卸測速檢測片

4 結束語

2021 年6 月，部門開始針對現場設備皮帶測速裝置存在的問題進行分析研究和理論設計，利用公司生產的空閑時間進行多次現場試驗，最終得出一套簡單易掌握的測速裝置綜合檢測方法。首先在取料機、皮帶機上進行試驗測試，基于上述技術方案編寫程序，寫進取料機、皮帶機PLC 系統，同時將改向滾筒上的固定檢測片更換為可拆卸檢測片。對實施內容分別進行了模擬失速測試，效果良好，能夠有效的檢測速度開關自身的狀態，保證對皮帶欠速進行有效的保護，避免設備故障的發生。改進實施后，提前發現了多次失速開關因電源故障導致的限位失效問題，為公司穩定生產提供了有力的保障。改進基于本質安全的工作思路，彌補了設計上的安全漏洞，有以下4 個創新點：①利用PLC 程序設計來彌補保護開關本質上的漏洞，系統運行更加穩定；②同時運用Logix5550 中的上升沿及下降沿指令，簡單便捷，易推廣，易編輯修改，省時省力；③將固定檢測片升級成可拆卸的檢測片，可以快速、有效地解決巡視點檢人員檢測保護開關的問題；④避免速度開關的重新選型，減少成本支出。