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(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

關(guān)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(guān)是廣泛應(yīng)用在港口運輸行業(yè)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(zhuǎn)機械裝置連接，極大減少了轉(zhuǎn)動機構(gòu)振動對測速裝置的影響。在速度開關(guān)完好時，皮帶運轉(zhuǎn)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(dāng)供電線路故障或者速度開關(guān)元件損壞時，皮帶啟動后速度開關(guān)的繼電器不會變化，其對應(yīng)的PLC 輸入點狀態(tài)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(tài)，皮帶運行失去欠速保護作用，存在安全隱患。此外，因其技術(shù)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(zhì)安全的工作思路，需要修補設(shè)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(zhuǎn)過程中，為了保證皮帶機正常運轉(zhuǎn)，常用的保護裝置有拉繩開關(guān)、堵斗開關(guān)、防撕裂開關(guān)、跑偏開關(guān)、皮帶速度檢測開關(guān)等。其中皮帶速度檢測開關(guān)，是港口運輸行業(yè)中非常重要的一種安全保護裝置，直接影響著設(shè)備安全穩(wěn)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(xù)長時間運轉(zhuǎn)，會造成嚴(yán)重的火災(zāi)，給公司造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。在今年的日常安全保護檢查過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)皮帶測速檢測開關(guān)失去保護功能，但并不影響皮帶運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場使用的測速保護裝置存在固有的設(shè)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(yè)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(yōu)化。

2 對測速開關(guān)安全的改進

秦皇島港煤四期擴容裝卸設(shè)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(guān)。這種速度開關(guān)智能型，一體化結(jié)構(gòu)，設(shè)置、安裝、調(diào)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(zhuǎn)動機構(gòu)振動對測速裝置的影響。保護結(jié)構(gòu)為IP67 等級，即使在惡劣的室外環(huán)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(guān)的設(shè)計原理

ESPB-030 速度開關(guān)內(nèi)設(shè)有數(shù)碼開關(guān)，可以直接在現(xiàn)場設(shè)定動作轉(zhuǎn)速和延時時間；其與檢測片的距離可調(diào)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(guān)形式為一組開點、一組閉點，環(huán)境溫度-15～40 ℃；保護結(jié)構(gòu)采用IP67 等級，適合現(xiàn)場環(huán)境使用。

其基本原理是當(dāng)被檢測機械裝置啟動后，其軸速在預(yù)先設(shè)定好的速度以下時，繼電器開始動作檢測速度。當(dāng)在設(shè)定的時間內(nèi)速度達(dá)到設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時，即顯示皮帶欠速無故障；當(dāng)在超過設(shè)定時間后，皮帶仍沒有達(dá)到設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時，即顯示皮帶欠速故障。限位內(nèi)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(guān)用于現(xiàn)場設(shè)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(xiàn)場速度開關(guān)當(dāng)皮帶運轉(zhuǎn)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(guān)在不同情況下的具體狀態(tài)見表1：

表1 速度開關(guān)各種狀態(tài)

2.3 設(shè)計自檢測的PLC 控制程序

由表1 可知，當(dāng)無供電電源或速度開關(guān)本身損壞時，速度開關(guān)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(yè)生產(chǎn)造成極大的影響。針對原有設(shè)計中限位狀態(tài)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(yōu)化。原設(shè)計中，打滑開關(guān)程序中選用的是閉點，皮帶未啟動時是斷開的狀態(tài)。這也是限位故障后，不能及時發(fā)現(xiàn)的主要原因。優(yōu)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?yōu)殚L得電。改造后限位在設(shè)定時間內(nèi)無狀態(tài)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(dá)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(guān)是否正常，同時將檢測的結(jié)果作為“皮帶欠速”的一個新的輸入條件。當(dāng)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(shè)計缺陷，實現(xiàn)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(wěn)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(yōu)化，通過與三班運行人員的交流，又發(fā)現(xiàn)了一個可能對設(shè)備造成損傷的設(shè)計問題。三班人員反應(yīng)，有時候皮帶打機側(cè)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(shè)備故障判斷造成偏差。經(jīng)過程序的分析研究，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計中，皮帶啟動命令給出后，皮帶并不是立即啟動，還要經(jīng)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(shè)定的打滑檢測延時各不相同。皮帶啟動一般分為機側(cè)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(shè)定缺陷，直接選擇皮帶啟動反饋點進行替代。程序優(yōu)化后，無論何種啟動方式，限位都在同一個規(guī)定時間內(nèi)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(shè)計的日常點檢。原有檢測片是固定焊接在轉(zhuǎn)動機構(gòu)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(guān)的外觀及開關(guān)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(shè)定轉(zhuǎn)速調(diào)高，或?qū)⑾尬坏鬃鸪瓜尬贿h(yuǎn)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(guān)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(yè)時間有較大影響。現(xiàn)將檢測片設(shè)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(diào)節(jié)裝置，采用一個開有偏心空的外圈，內(nèi)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(nèi)壁與外壁之間的間隙，從而將內(nèi)圈釋放，即當(dāng)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(cè)啟動皮帶。若皮帶轉(zhuǎn)到超過設(shè)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(guān)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(wěn)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(nèi)部已經(jīng)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(jié)束語

2021 年6 月，部門開始針對現(xiàn)場設(shè)備皮帶測速裝置存在的問題進行分析研究和理論設(shè)計，利用公司生產(chǎn)的空閑時間進行多次現(xiàn)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(shù)方案編寫程序，寫進取料機、皮帶機PLC 系統(tǒng)，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(nèi)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(guān)自身的狀態(tài)，保證對皮帶欠速進行有效的保護，避免設(shè)備故障的發(fā)生。改進實施后，提前發(fā)現(xiàn)了多次失速開關(guān)因電源故障導(dǎo)致的限位失效問題，為公司穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的保障。改進基于本質(zhì)安全的工作思路，彌補了設(shè)計上的安全漏洞，有以下4 個創(chuàng)新點：①利用PLC 程序設(shè)計來彌補保護開關(guān)本質(zhì)上的漏洞，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)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(guān)的問題；④避免速度開關(guān)的重新選型，減少成本支出。