帶式輸送機電氣及液壓控制系統的設計

梁尚文

（華陽集團機電設備管理中心，山西 陽泉 045008）

引言

張緊系統在帶式輸送機的構成中具有十分重要的作用，在正常啟動和運行過程中，傳送帶可依靠自身的黏彈性起到緩沖效果。因此基于此進行分析，在啟動與停止期間，傳送帶本身的張力變化很大；同時在長距離傳輸時，張力數據波動越大，對于傳送帶的運動影響越大。首先，如果傳送帶內部的張力比較大，這種情況下，傳送帶自身的摩擦系數也會變大，同時摩擦程度加深，其對應的工作壽命就會降低。其次，如果張力比較小，輸送帶自身的摩擦系數就會下降，如果摩擦力不足，這種情況下傳送帶就會出現滑動的情況，可能造成傳輸的材料滑動，進而造成其他安全事故。因此，設計分析了一種智能化的張緊裝置，該裝置不僅能手動調節皮帶張力，同時可以根據自身的工況條件進行張力的自動調節，這可以有效地保障運輸安全。

1 系統總體結構

針對自適應液壓張緊裝置的構成進行分析，其主要包括液壓系統、電氣控制系統等。利用機械，電氣或者液壓等形式進行轉換，同時經過系統自身的PLC 控制程序完成控制，利用電控系統針對不同的張力數據進行檢測，同時將對應的控制信號傳輸到系統中的控制部分，利用這種方式確保系統張力更加合理[1]。

張緊系統在構成的過程中包括多個不同的結構，其中主要涵蓋了張緊絞車、液壓泵站、儲能器和張緊油缸等，其結構如圖1 所示。液壓裝置內部的張力大多數情況下是利用張緊絞車進行調節，本次設計在此基礎上增加了相應的液壓裝置。利用液壓裝置在張力調節的過程中可以更加準確，利用這種方式確保得到更加張力合理。

圖1 自適應張緊裝置的結構圖

參考帶式輸送機本身的張緊系統，分析其對應的機械特性和驅動系統在運行過程中對應的特性，電氣系統在系統張力控制的過程中屬于關鍵的部件。筆者在研究的過程中，基于電氣系統設計了相對應的防爆控制箱，同時選擇可編程控制器S7-1200當作系統的控制核心[2]。從系統構成進行分析，其中控制箱內部主要涵蓋了PLC、輸入輸出繼電器、觸摸屏、接觸器和電源部分等，其中的關鍵元件為PLC，可以完成信號的采集與系統控制，其中涉及到的設備主要涵蓋了電力變送器，壓力變送器，溫度變送器與液位變送器。根據測量得到的功率差異，針對控制元件進行調節，利用這種方式確保系統可以得到更加合理的皮帶張緊力，同時可以接收皮帶集控發出的控制命令，基于此進行控制調節。電氣原理如下頁圖2 所示。

圖2 張緊控制柜電氣原理

2 液壓系統設計原則

液壓系統屬于張緊系統的核心部件，在設計液壓系統的過程中，必須考量液壓系統在張緊系統整體運行中的相關要求，這同時也是液壓系統在設計過程中非常關鍵的基礎。

1）明確主機和整體布局。主機功能與其對應的工作原理，設備結構，設備布局，主機位置，操作方式等，基于此進行分析，更好地確定液壓執行機構在運行過程中的運動模式，同時分析其相應的工作范圍，同時也是液壓執行機構在安裝過程中必須考量的前提條件。

2）確定液壓系統的操作方式與性能要求。這些要求主要涵蓋了：哪些操作可以應用液壓驅動器，同時哪些操作需要考量其對應的同步要求和聯鎖要求等，同時考量系統的行程與速度設計范圍，負載情況和運動特性等也要確保穩定準確，設計周期需要多久，工作是否可以保證安全可靠等。

3）明確主機的工作環境。工作環境對應的溫度，污染，濕度與振動條件等相關環境要素，這些因素會直接對液壓元件與工作介質的選擇造成影響。如果確有需要，在設計期間還必須考量系統本身的保護措施。

3 液壓張緊自適應控制系統的工作流程

3.1 帶式輸送機起制動階段流程

為了確保輸送機在開始運行的過程中不會出現滑動的情況，帶式輸送機對應的起動張緊力與制動時張緊力必須滿足一定的設計要求，這個數據大約是正常運行期間所需張緊力的1.3～1.5 倍[3]。在調試過程中，利用實驗的方式確定帶式運輸機在制動過程中所需的張緊力，然后將對應的數據輸入到觸摸屏上，觸摸屏和PLC 之間進行通信，程序直接控制張緊系統的動作，在設備啟動以前將系統的張力調節到相應的給定值。控制箱在配備啟動以前將信號傳輸給上位機，開始啟動，此時主控系統也開始啟動，同時延遲一段時間，以確保傳輸機已經平穩運行。在輸送機停止前，也要進行停止信號的傳輸，張緊系統會直接控制系統內部的電磁比例安全閥，液壓絞盤開始反轉。皮帶張力開始減小，直到達到相應的制動張力，液壓絞盤被制動，此時液壓系統停止，電機停止運行。如圖3 為帶式輸送機在啟動過程中的流程圖。

圖3 起動階段流程圖

3.2 帶式輸送機起動至正常運行階段流程

帶式輸送機在運行的過程中，受到不同工況與運量的直接影響，這種情況下其對應的張力也存在差異。使用電流變送器，可以針對電機運行過程中的實時電流進行檢測，然后將其傳輸到PLC；利用電流導出的形式得到帶式輸送機在運行過程中需要的張力大小，同時將公式輸入到PLC 程序內部[4]。然后使用觸摸屏將所需的參數傳輸到PLC，經過PLC 控制與計算得到的數據確定需要的張緊力，然后針對其進行轉換得到比例溢流閥需要的電信號，將信號傳輸到系統中的比例溢流閥，參考比例溢流閥自身的調節情況，張緊系統也會動作，進而調節得到系統運行需要的張力。如圖4 為帶式輸送機從啟動到停止階段的流程圖。

圖4 帶式輸送機起動至正常運行階段流程

3.3 帶式輸送機負載起動階段流程

如果皮帶輸送機在運行過程中出現停止或者負載制動的情況，其對應的張力數據也會變化。傳統的處理方式只需要將物料清空以后再次啟動即可，不能實現重載啟動；但是伴隨著科技的進步，啟動方式也在不斷優化，即便存在負載也可以正常啟動，只需要利用張緊裝置調節皮帶的張力就可以實現。針對S7-1200的功能進行分析，其中包括寄存器功能，在帶式輸送機緊急停止時，PLC 內部的設定程序會將此時的信號寄存到PLC 內部，遇到帶式輸送機再次啟動時，PLC 會自動使用寄存器中的數據，然后經過PLC 進行運算，得到啟動需要的張力大小。如下頁圖5 為帶式輸送機在負載啟動過程的流程圖。

圖5 帶式輸送機負載起動階段流程

4 節能效果對比分析

在煤礦主斜井帶式輸送機應用了自適應液壓控制系統后，運輸安全性得到了明顯的增強，實現了顯著的綜合效益，并且增強了系統運行過程中的可靠性與高效性，有效提高了企業創新能力，值得在煤礦單位大范圍推廣。針對系統改造以后，節能效果的對比數據如表1 所示：

表1 節能效果對比數據表