帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)智能化與自動化的實現(xiàn)

閆省偉

（高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

引言

采煤機(jī)、輸送機(jī)以及液壓支架作為綜采工作面的三大機(jī)電設(shè)備，其運行穩(wěn)定性直接決定綜采工作面的開采效率和安全性。隨著帶式輸送機(jī)朝著長距離、大運量以及大功率的方向發(fā)展，其動態(tài)特性影響著帶式輸送機(jī)的運行[1]。張緊裝置作為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，鑒于其載重量不斷上升，出現(xiàn)在啟動階段對設(shè)備造成較大的沖擊或在運行、制動以及停車等階段出現(xiàn)張緊力余量過大或者余量不足的問題，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備功耗過大甚至輸送帶出現(xiàn)應(yīng)力疲勞、拉斷的事故。因此，本文旨在解決帶式輸送機(jī)啟動時對輸送帶沖擊較大、輸送帶張力反應(yīng)不及的問題開展對帶式輸送機(jī)液壓張緊裝置的研究，并對其張緊特性進(jìn)行仿真分析。

1 帶式輸送機(jī)張緊裝置位置的確定

為確保帶式輸送機(jī)的張緊特性除了對其各零部件的性能提出要求外，其所處位置也相當(dāng)重要。布置帶式輸送機(jī)張緊裝置時需遵循如下原則：

1）張緊裝置最好布置于帶式輸送機(jī)啟動裝置附近；若其布置位置確需離驅(qū)動裝置較遠(yuǎn)，需為其增設(shè)相應(yīng)的重錘裝置；

2）張緊裝置最好布置于輸送帶張力最小或者離滾筒松邊較近的位置；

3）根據(jù)帶式輸送機(jī)具體工況設(shè)計對應(yīng)的張緊力；

4）根據(jù)帶式輸送機(jī)輸送帶接頭的預(yù)留量設(shè)計對應(yīng)的拉緊行程[2]。

基于上述原則，并結(jié)合綜采工作面的長度大于300且工作面坡度小于5%，將該工作面帶式輸送機(jī)張緊裝置布置于設(shè)備驅(qū)動裝置的空載一側(cè)。張緊裝置的布置位置如圖1所示：

圖1 張緊裝置布置示意圖

2 帶式輸送機(jī)張緊裝置的結(jié)構(gòu)及設(shè)計選型

2.1 張緊裝置的結(jié)構(gòu)組成

張緊裝置的主要結(jié)構(gòu)由液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械系統(tǒng)主要由絞車、拉緊小車以及滑輪等組成；電氣控制系統(tǒng)主要由傳感元器件以及電氣控制箱等組成；液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、制動器以及蓄能器等組成。

張緊裝置工作原理分析：在實際工作中，位于鋼絲繩上的拉力傳感器對設(shè)備輸送帶的張力進(jìn)行采集，并將采集到結(jié)果傳送至PLC控制系統(tǒng)與設(shè)定比較后得出相應(yīng)的控制信號，并實現(xiàn)對張緊裝置電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止等狀態(tài)的控制，從而達(dá)到實現(xiàn)對張緊裝置的拉伸與縮進(jìn)[3]。

2.2 張緊裝置元器件的設(shè)計選型

2.2.1 張緊裝置液壓系統(tǒng)元器件的選型

帶式輸送機(jī)張緊裝置液壓系統(tǒng)主要有油濾器、泵、電動機(jī)、電磁換向閥、單向閥、張緊油缸、截止閥、溢流閥、平衡閥以及馬達(dá)[4]。基于經(jīng)驗及計算的基礎(chǔ)上，選擇如下頁表1所示的選型結(jié)果。

2.2.2 張緊裝置電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

張緊裝置電氣控制系統(tǒng)基于PLC控制器設(shè)計的。故，PLC控制器為其核心設(shè)備。所選PLC控制器的類型為S7-200系列，為系統(tǒng)設(shè)計兩個輸入模塊、一個輸出模塊。此外，PLC控制器配置相關(guān)元器件如下頁表2所示。

表1 張緊裝置液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元器件的選型

表2 電氣控制系統(tǒng)元器件選型

3 帶式輸送機(jī)張緊控制系統(tǒng)的設(shè)計

傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)無法根據(jù)輸送帶張緊力的變化而對其進(jìn)行調(diào)整。為實現(xiàn)帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的智能化和自動化控制，本文基于PLC控制器設(shè)計智能化、自動化控制系統(tǒng)。張緊系統(tǒng)的控制原理如下：

張緊系統(tǒng)的張力傳感器對輸送帶的張緊力進(jìn)行實時監(jiān)測，將所采集的張緊力與設(shè)定值進(jìn)行比對，并結(jié)合帶式輸送機(jī)的實時運行狀態(tài)通過控制張緊系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)輸送帶的張緊或者放松。根據(jù)控制需求，可將張緊系統(tǒng)的控制方式分為集中控制和機(jī)旁控制。根據(jù)張緊系統(tǒng)智能化和自動化的需求，選擇集中控制方式對張緊系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.1 張緊系統(tǒng)的硬件設(shè)計

PLC控制器為帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的核心設(shè)備，所選型PLC控制器的型號為S7-200系列控制器[5]。根據(jù)張緊系統(tǒng)中電機(jī)、制動器、輸送機(jī)保護(hù)信號以及張力輸送信號等要求，為該PLC控制器配置如表3所示。

帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)張緊力的準(zhǔn)確采集是實現(xiàn)其自動化和智能化的基礎(chǔ)。因此，本系統(tǒng)采用壓力傳感器和壓力變送器相結(jié)合的方式實現(xiàn)對輸送帶張力的測量。其中，壓力傳感器的型號為PR6201，壓力變送器的型號為BMSP-120。

3.2 張緊系統(tǒng)的軟件設(shè)計

由帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)的控制要求，其軟件控制主要包括有帶式輸送機(jī)驅(qū)動程序、張緊力測量程序以及張緊力控制程序。其中，張緊力控制程序是實現(xiàn)帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)自動化和智能化控制的核心。本節(jié)著重對張緊力控制程序進(jìn)行設(shè)計，其控制流程如圖2所示。

表3 PLC控制器模塊配置

圖2 張緊系統(tǒng)控制流程圖

如圖2所示，張緊系統(tǒng)啟動后主電機(jī)和張緊電機(jī)制動閘打開并判斷主電機(jī)和張緊電機(jī)是否出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)故障則進(jìn)行停車報警，若無故障則正常運行。待輸送帶具備正常運行的條件時，對所采集到輸送帶的張緊力與設(shè)定值進(jìn)行比對，并根據(jù)比對結(jié)果控制張緊系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)對輸送帶的張緊和放松兩個操作。

4 結(jié)論

帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)是保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵系統(tǒng)。為進(jìn)一步提升帶式輸送機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)張緊系統(tǒng)的自動化和智能化控制是十分有必要的。

1）將帶式輸送機(jī)張緊系統(tǒng)布置于驅(qū)動裝置空載的一側(cè)。

2）為輸送帶張緊系統(tǒng)配置S7-200系列PLC控制器，并根據(jù)控制需求為其配置對應(yīng)的數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出以及模擬量輸入模塊；為張緊系統(tǒng)配置壓力傳感器和壓力變送器相結(jié)合的張緊力測量分系統(tǒng)。