胡 俊

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

德興銅礦是江西銅業(yè)集團股份有限公司的主干礦山，目前日處理能力為10萬t/d礦石。2011年伴隨著擴能改造項目半自磨的投產(chǎn)，富家塢粗碎站平均處理量為4.5萬t/d，富家塢系統(tǒng)主要由旋回破碎機、鐵板給礦、鋼芯膠帶3大部分組成，其中鋼芯膠帶有2010m長，運行速率為4.5m/s，由頭部三臺電機驅動，尾部一套張緊系統(tǒng)控制。

2 改造前的張緊系統(tǒng)狀況

自2007年富家塢投產(chǎn)以來，這套張緊系統(tǒng)運行已有6年時間，由美國廠家設計，設備由國外進口，張緊小車作為運輸膠帶尾輪張緊。原有皮帶絞車張緊小車是利用一臺55KW滑差電機進行拉力調整。簡稱:渦流絞車控制。當運輸膠帶變小時，電機正轉拉緊膠帶。放松時，依靠運輸膠帶自身的力反作用，并在制動器打開的情況下運輸膠帶向運行方向放松。運輸膠帶過緊或過松，都會影響膠帶使用壽命，影響設備正常開機。該渦流絞車在運行中，陸續(xù)出現(xiàn)不少問題，集中表現(xiàn)為:

(1)多次出現(xiàn)“系統(tǒng)急停故障”，張緊小車張力大于80KN，甚至出現(xiàn)星點(＊＊＊)。需要人工將小車調至正常位，才能復位、開機。

(2)小車張力在停機、靜止狀態(tài)下，張力會逐漸變大。三、四小時可以從60KN變到95KN。一個班次未開設備，待下一個班開機時，卻發(fā)現(xiàn)張力過大，出現(xiàn)“系統(tǒng)急停故障”。

(3)皮帶運輸機啟動時，小車制動器打開，張力會突然從60KN下降至35KN，又突然拉起。一旦控制不好，就造成張緊小車來回波動，出現(xiàn)迂回震蕩現(xiàn)象。造成過張力或低張力跳機。皮帶運輸機啟動困難。

(4)皮帶運輸機正常運行時，電機拉力與膠帶張力達到平衡，電機不能及時停下，投入時間長，電機溫度高 (勵磁部件高達200℃)。電機勵磁繞組損壞。

(5)張緊控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，勵磁控制器MC6時好時壞。皮帶運輸機無法正常啟動。

由于富家塢渦流絞車拉緊控制在設計理念上與實際應用存在較大反差，突發(fā)問題較多，尤其是軟故障多，造成皮帶運輸機不能正常工作。如:冬天、夏季控制油質粘度受環(huán)境影響，導致控制超前或滯后。以及PID參數(shù)不適應氣節(jié)變化，都會造成設備運行不穩(wěn)定。這套設備在實際應用中，有時無法正常運行，到了非換不可。

3 張緊系統(tǒng)改造方案對比

3.1 使用絞車正反轉控制張緊小車

采用絞車正反轉控制，即利用一臺電機帶動卷揚，向前向后方向運動來控制張力的大小。通過張力比較器進行張力的來回比較，反饋、輸出，其電氣控制方面存在:控制復雜，準備時間長，投資大。

3.2 使用液壓控制張緊小車

采用液壓控制，其電氣控制方面優(yōu)點:設備簡單、投資小。蓄能灌作為液壓缸保壓裝置。尾輪小車受液壓缸拉動，使得變化中的膠帶張力快速伸縮，達到平衡，及時補償輸送帶的張力及彈性振蕩，因而達到張力平穩(wěn)。通過對液壓拉緊裝置的考察和對現(xiàn)場設備運行情況的了解，認為無論是從技術上，還是操作、施工上，該液壓拉緊方案都較為可行的。

通過2個方案的綜合對比，決定采用方案2

4 液壓張緊系統(tǒng)原理

根據(jù)輸送機的要求，通過人機界面設定好起動張緊力、運行張緊力和控制精度等參數(shù);收到輸送機起動主控信號，液壓泵2運轉，壓力油通過液控單向閥6進入油缸16的活塞桿腔;系統(tǒng)壓力升高，油缸收縮，張緊膠帶;當系統(tǒng)壓力上升到起動張緊力所對應的壓力時，液壓泵停止供油，輸送機起動;輸送機起動完畢后，通過由控制軟件、溢流閥、壓力傳感器組成的閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)，配合蓄能器將系統(tǒng)壓力按控制軟件設定的張緊力變化規(guī)律柔性地降低到運行張緊力［1］。在運行過程中，依靠儲能器作恒張力控制。若儲能器壓力不能應對膠帶張緊力變化，張力超出誤差允許范圍，則由控制軟件指令控制液壓泵2進行補液保壓(欠張緊力情況)或控制電磁閥12、溢流閥13按軟件設定的泄壓規(guī)律進行泄壓(超張緊力情況)，這樣就能夠實現(xiàn)恒張緊力［2］。

圖1 膠帶自控液壓拉緊站液壓系統(tǒng)圖［3］

5 液壓張緊系統(tǒng)設計

液壓張緊系統(tǒng)主要由工控機、PLC及其擴展模塊組成，硬件總體結構如圖2所示。系統(tǒng)采用工控機作為上位機進行遠程監(jiān)控，現(xiàn)場以可編程序控制器作為下位機完成信號的采集控制。

圖2 液壓系統(tǒng)硬件總體框圖

5.1 PLC選型

系統(tǒng)下位機選用西門子CPU224CN、輸入輸出模塊6ES7 214-1BD23-0XB8和模擬量輸入擴展模塊EM231CN構成PLC系統(tǒng)［4］。

5.2 軟件設計

5.2.1 PLC程序設計

系統(tǒng)采用西門子STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件，該語言可提供語句表STL、梯形圖LAD、以及功能塊FBD三種編程器和SIMATIC或IEC1131-3指令集，具有數(shù)據(jù)類型檢查、在線調試及監(jiān)控程序等功能［5］。

圖3 PLC程序設計流程圖

5.2.2 監(jiān)控界面設計

系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件基于西門子WINCC7.0編程，上位機WINCC7.0和液壓張緊S7-200直接進行通信連接［6］。具有完備的設備運行狀態(tài)檢測及顯示，能夠實時、動態(tài)顯示液壓系統(tǒng)油壓、膠帶張緊力、故障報警及參數(shù)調整等，以保證設備的運行可靠性及方便設備檢修、維護。

圖4 液壓拉緊系統(tǒng)主界面

6 結語

液壓張緊系統(tǒng)改造完成后，經(jīng)過幾個月來的生產(chǎn)運行，證明，該系統(tǒng)選用的S7-200 PLC和相關設備能滿足現(xiàn)場控制要求，實現(xiàn)了對膠帶張力變化的優(yōu)化控制。該張緊系統(tǒng)運行正常，未引起鋼芯膠帶故障停機，取得了良好的效果。

［1］徐曉丹，劉紅艷.輸送機用PLC控制液壓拉緊裝置［J］.液壓與氣動，2010(2):76-79.

［2］王建升，楊寅威，黃嘉興，等.AHD型帶式輸送機全自動液壓張緊裝置［J］.礦山機械，2007(2):56-58.

［3］董鵬.PLC在帶式輸送機張緊裝置中的應用［J］.煤礦機電，2009(2):105-106.

［4］薛巖，杜潤宏，張玲，等.電氣控制與PLC技術［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2010，7:403-405.

［5］周美蘭，周封，王躍宇，等.PLC電氣控制與組態(tài)設計［M］.北京:科學出版社，2003:19-21.

［6］廖常初.S7-300/400PLC應用技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005:126-128.