液壓張緊電氣控制系統設計

馬松 肖強 袁程野 吳姍姍

摘 要：本系統以PLC為核心，利用張力傳感器對系統的壓力進行調節，以實現對輸送帶的張緊控制。其間采用PID控制算法對采集的壓力值進行參數整定，實現張緊力的自動調節，同時設置故障報警提醒，便于操作者對系統進行實時監控。

關鍵詞：PLC;液壓系統;PID控制

Abstract： The system takes PLC as the core， and uses the tension sensor to adjust the pressure of the system to achieve the tension control of the conveyor belt. During this period， the PID control algorithm is used to set the parameters of the collected pressure value to realize the automatic adjustment of the tension， and the fault alarm reminder is set at the same time to facilitate the operator to monitor the system in real time.

Keywords： PLC;hydraulic system;PID control

目前，帶式輸送機廣泛應用于電力、煤礦等領域。帶式輸送機可以實現遠距離輸送、大批量輸送，物料裝卸方便，與其他輸送設備相比，帶式輸送機運行可靠，成本低，壽命長，性能穩定[1-3]。常規輸送帶張緊系統在輸送長度變化較大時容易出現問題，已經不能有效解決輸送機輸送帶存在的問題，影響輸送機的正常使用。

本文以現有技術為基礎，根據我國輸送機發展情況和要求，研發出新型液壓張緊電氣控制系統。本系統采用PID控制技術和可編程控制技術，為了自動調節張力，輸送機啟動階段，系統會自動提供很大的張緊力（約為設定值1.5倍），輸送機正常工作時，張緊力變小。這樣可以為輸送帶提供正常的張緊力，防止輸送帶啟動時出現打滑和在正常工作時出現過度張緊，延長輸送機壽命[4-6]。本系統提出的新型液壓張緊電氣控制系統具有運行安全可靠、張緊行程大、性能穩定的特點，還可以根據實際工作情況對輸送帶的張緊力進行自動調節。

1 系統設計方案

1.1 系統工作原理

在帶式輸送機中，液壓張緊電氣控制系統在工作時存在兩個階段，即啟動階段和穩定運行階段。如圖1所示，啟動階段，當輸送帶的張緊力達到啟動要求時，輸送機將會發出信號給PLC，PLC會執行命令，通知帶式輸送機開始啟動。若張緊力沒有達到輸送帶的啟動要求，系統會啟動油泵電機和電磁閥，液壓系統會調節張力值，直到達到輸送帶的啟動張緊力。在帶式輸送機穩定運行的過程中，液壓張緊電氣控制系統會實時采集輸送帶的張緊力數據，當張緊力減小到正常張緊力的下限或大于正常張緊力的上限時，系統將會啟動油泵電機來調節張緊力，使其達到輸送帶正常張緊力。

1.2 液壓系統部分

系統啟動后，輸送帶開始工作，通過壓力傳感器檢測輸送帶的壓力。當壓力為0.9～1.1倍時，三位四通O型電磁換向閥不動作，三位四通O型電磁換向閥處于中位，油路不工作。當壓力傳感器感受壓力小于0.9倍時，液壓泵工作，三位四通O型電磁換向閥在左位工作，液壓缸向前運動并使輸送帶繃緊，壓力傳感器感應壓力信號經PLC控制電磁閥。當壓力達到預定范圍時，三位四通O型電磁換向閥處于中間位置，此時回路中依靠蓄能器維持壓力恒定，使回路中壓力保持在一定范圍，當蓄能器中蓄能不足以保證壓力之后，壓力逐漸變小，當壓力小于0.9倍時重復上述循環。當壓力大于1.1倍時，液壓泵不工作，三位四通O型電磁換向閥在右位工作，單桿活塞液壓缸內液壓油經回路流回油箱卸荷（由壓力作用提供動力），輸送帶由緊變松，當壓力達到預定值時，三位四通O型電磁換向閥在中間位置工作，使輸送帶松緊程度在一定范圍內波動。

液壓系統組成如圖2所示。單向閥使油路只能單向流動，保證蓄能器和液壓缸正常工作。溢流閥可以確保油路中液壓油的油壓不至于過大，以至于損毀。油箱是為了供應液壓油以及儲存溢流和回路的液壓油[7-10]。

1.3 電氣控制部分

如圖3所示，液壓張緊電氣控制系統的電氣控制部分以西門子S7-200PLC為核心，通過系統運行的指令參數（起動、運行、停機等）來實現控制。張力傳感器采集的張力值將傳給模擬量輸入輸出模塊EM235，將模擬量轉化為數字量后送到PLC中，根據輸送機控制臺發出的信號，PLC控制系統會按照設定好的各項參數，通過程序控制完成對液壓系統的控制。由張力傳感器采集輸送帶張力值，將采集的數據反饋給PLC控制系統并與設定的張力值進行比對;通過壓力傳感器采集液壓系統中的油壓，與設定值進行比較;根據上面采集的信號，對輸送帶進行張緊控制。

2 軟件設計

2.1 系統主程序設計

系統程序流程如圖4所示。在自動狀態下，若系統張力值達到1.5倍，直接給皮帶機信號啟動;若系統張力值沒達到1.5倍，啟動油泵和電磁閥，直到張力值達到1.5倍，給皮帶機信號，延遲后，停止油泵和電磁閥，皮帶機穩定運行中;若張力值處于0.9～1.1倍內，油泵和電磁閥不會動作，系統會自動調節;若張力值小于0.9倍、大于下限保護值，油泵將啟動使張力值達到1.1倍，油泵停止;若張力值大于1.1倍、小于上限保護值，返回，穩定運行;若張力值大于上限值或者小于下限保護值，系統將停機。

2.2 數據處理程序設計

2.2.1 PID算法。連續系統PID控制是最成熟的技術，也是最常見的調節模式。在PID控制系統中，根據一定的比例，進行積分和微分控制量運算，可以得到管理控制，以達到穩定輸出的目的。PID控制器可以通過一定比例進行單元（P）、積分控制單元（I）和微分單元（D）構成[2]。輸入端[e（t）]和輸出[u（t）]的系統之間的關系為：

2.2.2 數據處理流程。如圖6所示，系統開始運行后，對數據實時進行采樣，利用PID算法對數據進行優化處理，處理完畢后將數據發送給PLC。

3 結論

該系統最終可以實現帶式輸送機輸送帶張緊力的自動調節功能，利用PID算法對張力值進行參數整定，自動調節張緊力。該系統還設置故障報警提醒功能，便于操作者對系統進行實時監控。與現有的液壓張緊電氣控制系統相比，本系統利用PID算法對數據進行處理，使數據的精確度增加，以便根據輸送帶的運行情況自動調整張緊力，使其保持穩定，延長帶式輸送機的壽命，保證帶式輸送機的有效運行。

參考文獻：

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