基于PLC 的TD75 型皮帶機輸送綜合保護研究

張建宇

（晉能控股煤業集團，山西 大同 037003）

1 概況

四老溝礦目前應用TD75 型皮帶輸送機進行物料運輸，考慮到皮帶機發生故障對生產效率的影響，四老溝礦針對皮帶輸送機安裝了簡單狀態監測系統，起到了一定的故障防范作用。2021 年6 月，系統監測的皮帶輸送機故障有6 次，每次都會觸發皮帶輸送機停機，雖然及時監測到了TD75 型皮帶輸送機潛在事故源，但在故障發生時，狀態監測系統會強制性進行停機報警，過激的連鎖控制仍會降低生產效率，增加設備管理人員的工作量。為了提升TD75 型皮帶輸送機智能化運行程度，四老溝礦投入研究了一套集監控與保護一體綜合系統[1-5]。

2 綜合保護系統結構組成

皮帶輸送機運行狀態監測系統是綜合保護系統的基礎。皮帶機的圖像信息通過本安型攝像設備經交換機圖像信號處理后傳輸到監控電腦，供設備監控人員觀測；溫度、張力、速度狀態監測傳感器和堆煤、跑偏、斷帶、欠壓、過流等故障監測傳感器采集到的電流信號經智能儀表轉化為數字量信號，傳輸到PLC 中；轉速、油壓、振動以及抱閘狀態監測傳感器的反饋信號通過輸入模塊將數據傳輸到PLC 中，通訊模塊將PLC 接收到的可識別信號經過交換機上傳至監控電腦，向用戶顯示。發生故障后，PLC 按照既定程序發出控制信號，連鎖設備啟動。

皮帶輸送機綜合保護系統依托狀態監測系統實現不同故障工況下設備的不同連鎖控制功能。如果皮帶輸送機發生了斷帶故障，會喪失運輸功能，因此系統會連鎖控制本部皮帶機和皮帶機上游設備同時立即停機，并啟動斷帶抓捕裝置對皮帶進行抓捕，對皮帶機下游設備控制延遲停機，同時發出聲光報警，并通過上位機顯示故障信息；如果出現了輕微跑偏、一定程度的欠壓和過流情況時，只連鎖聲光報警啟動；如果出現重要部位溫度過高時，除了連鎖聲光報警器外，還要啟動灑水降溫功能。系統結構如圖1。

圖1 TD75 型皮帶輸送機綜合保護系統結構圖

皮帶輸送機狀態監測系統作為綜合保護系統的硬件基礎，為系統的連鎖控制提供監測數據，作為系統輸入信息數據，通過PLC 控制程序識別皮帶輸送機故障信息，按照設定程序進行設備控制信號的輸出。皮帶狀態監測傳感器發出故障信號后，上位機啟動聲光報警，同時改變組態王中對應變量裝填，借助于組態王中的S7-200PLC（TCP）驅動，控制PLC 開啟保護裝置，或者組態王改變PLC 中相關寄存器的狀態，PLC 依據編寫的PLC 程序立即停止本部皮帶機及上游設備，并延時停止下部皮帶機。

3 皮帶輸送機綜合保護傳感器選型

設計的皮帶輸送機綜合保護功能主要包含跑偏保護功能、撕裂保護功能、打滑保護功能、急停保護功能等。綜合保護功能需要依托狀態監測系統，配合PLC、各類傳感器以及控制程序實現不同皮帶輸送機運行狀態的合理聯控。傳感器作為綜合保護系統的信號輸入源，其功能性和安裝位置是決定系統精度和有效性的基礎因素，結合帶式輸送機故障類型和故障特點，選擇對應類型的傳感器。各類傳感器選型見表1。

表1 TD 型皮帶輸送機綜合保護系統傳感器選型表

傳感器的選擇有兩種。一種是輸出開關量的傳感器。以跑偏保護功能為例，KGE9A 型跑偏開關安裝位置如圖2。

圖2 KGE9A 型跑偏開關安裝位置示意圖

分別在皮帶前后和兩側安裝，一旦皮帶發生跑偏，開關閉合，連鎖控制設備運行狀態。另一種是輸出模擬量的傳感器，例如打滑保護功能的帶速傳感器。這種類型的傳感器輸出連續模擬量，PLC 根據模擬量的值會輸出不同的控制信號，即在一定范圍內，系統設計只進行聲光報警，一旦超過這一范圍，則會聯動帶式輸送機和上下游動力設備的運行狀態。

4 綜合保護的軟件設計

（1）下位機軟件設計

TD75 型皮帶輸送機綜合保護系統的下位機主要實現故障發生時連鎖保護設備和保護程序的啟動，包括本部皮帶機和上游動力設備的停止、下游設備的立即停止或延時停止，同時將控制設備狀態及時反饋。下位機在STEP7 MicroWIN 中編制的主要程序如圖3。

圖3 綜合保護系統下位機程序

（2）上位機軟件設計

上位機軟件按照皮帶輸送機的故障類型進行設計，主要進行故障發生時程序的顯示功能設計，在組態王軟件“工程瀏覽器”中采用事件命令語言進行編寫，界面如圖4。在事件描述欄中輸入不同的故障顯示條件，在發生時對話框中設定故障發生時，上位機顯示狀態變量為1，在存在時保持狀態變量1，在消失時對話框中設定故障消失時，上位機顯示狀態變量為0。

圖4 綜合保護系統上位機故障判定程序

5 應用效果

四老溝煤礦將該皮帶輸送機綜合保護系統投入使用已經近半年，故障監測效率達到了100%，統計2021 年8 月—9 月兩個月期間，皮帶輸送機發生故障共9 次，連鎖設備停機1 次，只進行聲光報警8 次，極大地降低了故障停機率，同時保證了故障發現的及時性和運行的安全性。據機電科統計，8次非停機故障的連鎖控制，提升了設備運行效率，節省約10 萬元故障停機損失費。