王越

（河北港口集團(tuán)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(yùn)輸行業(yè)的一種安全保護(hù)裝置，對皮帶欠速保護(hù)起到很大作用。因其不需要與旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置連接，極大減少了轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)振動對測速裝置的影響。在速度開關(guān)完好時(shí)，皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下繼電器動作檢測速度，能夠有效的進(jìn)行皮帶欠速保護(hù)。但是當(dāng)供電線路故障或者速度開關(guān)元件損壞時(shí)，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(diǎn)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(yùn)行失去欠速保護(hù)作用，存在安全隱患。此外，因其技術(shù)特點(diǎn)，無法在安全保護(hù)裝置專項(xiàng)檢查過程中對測速裝置進(jìn)行快速有效的檢查?；诒举|(zhì)安全的工作思路，需要修補(bǔ)設(shè)計(jì)上的安全漏洞，對皮帶進(jìn)行更加安全有效的保護(hù)。

1 背景

在港口皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為了保證皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，常用的保護(hù)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(yùn)輸行業(yè)中非常重要的一種安全保護(hù)裝置，直接影響著設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)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(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，會造成嚴(yán)重的火災(zāi)，給公司造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在今年的日常安全保護(hù)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(hù)功能，但并不影響皮帶運(yùn)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(hù)裝置存在固有的設(shè)計(jì)缺陷，在某些特定情況下，無法起到有效的保護(hù)作用。而且打滑限位的檢測也十分費(fèi)時(shí)費(fèi)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(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化。

2 對測速開關(guān)安全的改進(jìn)

秦皇島港煤四期擴(kuò)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(yùn)動部件、無磨損、壽命長、極大減少了轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)振動對測速裝置的影響。保護(hù)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(hù)起到很大作用。

2.1 ESPB-030 速度開關(guān)的設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)間；其與檢測片的距離可調(diào)整到18 mm，使其不會受到機(jī)械振動等影響；工作電壓AC 220 V±10%，測速范圍20～999 r/min，整機(jī)功耗＜15 W，開關(guān)形式為一組開點(diǎn)、一組閉點(diǎn)，環(huán)境溫度-15～40 ℃；保護(hù)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(jī)械裝置啟動后，其軸速在預(yù)先設(shè)定好的速度以下時(shí)，繼電器開始動作檢測速度。當(dāng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)速度達(dá)到設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時(shí)，即顯示皮帶欠速無故障；當(dāng)在超過設(shè)定時(shí)間后，皮帶仍沒有達(dá)到設(shè)定動作轉(zhuǎn)速時(shí)，即顯示皮帶欠速故障。限位內(nèi)部自帶延時(shí)，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(diǎn)

速度開關(guān)用于現(xiàn)場設(shè)備中，將限位開閉點(diǎn)信號接近PLC 程序中，并編譯程序進(jìn)行控制。現(xiàn)場速度開關(guān)當(dāng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供電電源接AC 220 V 電壓，常閉點(diǎn)COM-NC 接DC 24 V 電壓進(jìn)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(jì)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(shí)，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(jī)重點(diǎn)安全保護(hù)裝置，限位的失效有可能造成重大機(jī)損事故，對企業(yè)生產(chǎn)造成極大的影響。針對原有設(shè)計(jì)中限位狀態(tài)無變化，也無法報(bào)故障的缺陷，從程序、硬線連接兩個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化。原設(shè)計(jì)中，打滑開關(guān)程序中選用的是閉點(diǎn)，皮帶未啟動時(shí)是斷開的狀態(tài)。這也是限位故障后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的主要原因。優(yōu)化后的程序上選用限位的開點(diǎn)，同時(shí)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(shí)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(diǎn)斷開。此外可以運(yùn)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(shí)將檢測的結(jié)果作為“皮帶欠速”的一個(gè)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(shí)都將及時(shí)報(bào)警“皮帶欠速故障”，解決了設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)了對皮帶更有效的進(jìn)行安全保護(hù)。雙重保護(hù)裝置檢測，確保限位穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行人員的交流，又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能對設(shè)備造成損傷的設(shè)計(jì)問題。三班人員反應(yīng)，有時(shí)候皮帶打機(jī)側(cè)時(shí)顯示皮帶打滑，但是正常流程啟動，不報(bào)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(jì)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(bào)警等一些其他延時(shí)。因?yàn)槠Т蚧瑱z測自身延遲，加上皮帶長短不同，皮帶啟動報(bào)警時(shí)間不同，每條皮帶設(shè)定的打滑檢測延時(shí)各不相同。皮帶啟動一般分為機(jī)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?yàn)閱臃绞降牟煌斐上尬粰z測投入的時(shí)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(diǎn)進(jìn)行替代。程序優(yōu)化后，無論何種啟動方式，限位都在同一個(gè)規(guī)定時(shí)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(xiàng)檢查的改進(jìn)

改進(jìn)專項(xiàng)檢查項(xiàng)目，使之適用于基于測速裝置自檢測設(shè)計(jì)的日常點(diǎn)檢。原有檢測片是固定焊接在轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)上的，維修電工在安全保護(hù)裝置的專項(xiàng)檢查過程中，重點(diǎn)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(hù)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?，使限位遠(yuǎn)離檢測擋鐵。若皮帶正常運(yùn)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(shí)間有較大影響。現(xiàn)將檢測片設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)，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(xiàng)檢查時(shí)，將檢測片拆下后，再通知運(yùn)行人員機(jī)側(cè)啟動皮帶。若皮帶轉(zhuǎn)到超過設(shè)定時(shí)間后仍運(yùn)行，說明測速裝置失去保護(hù)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(shí)進(jìn)行維修。此項(xiàng)改進(jìn)操作簡單，檢測效果穩(wěn)定可靠，運(yùn)用到日常檢查過程中，極大地縮短了安全保護(hù)裝置的排查時(shí)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(jìn)行分析研究和理論設(shè)計(jì)，利用公司生產(chǎn)的空閑時(shí)間進(jìn)行多次現(xiàn)場試驗(yàn)，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(jī)、皮帶機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)測試，基于上述技術(shù)方案編寫程序，寫進(jìn)取料機(jī)、皮帶機(jī)PLC 系統(tǒng)，同時(shí)將改向滾筒上的固定檢測片更換為可拆卸檢測片。對實(shí)施內(nèi)容分別進(jìn)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(jìn)行有效的保護(hù)，避免設(shè)備故障的發(fā)生。改進(jìn)實(shí)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(jìn)基于本質(zhì)安全的工作思路，彌補(bǔ)了設(shè)計(jì)上的安全漏洞，有以下4 個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：①利用PLC 程序設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)保護(hù)開關(guān)本質(zhì)上的漏洞，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定；②同時(shí)運(yùn)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(shí)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(diǎn)檢人員檢測保護(hù)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。