彭佳斌

（晉能控股煤業(yè)集團挖金灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

礦用帶式運輸機是礦井生產(chǎn)的核心設備，為了保證其工作效率，必須確保其傳送皮帶處于較平穩(wěn)的工作狀態(tài)。皮帶輸送機在起停瞬間會受到較大的外界載荷，長時間運轉(zhuǎn)不但會引起其自身零件的磨損，而且會引起滾筒的運動，從而引起張緊力的波動和不穩(wěn)定。當張緊力過小時，會造成皮帶運轉(zhuǎn)中的打滑、跑偏，當張緊力過大時，會導致皮帶斷裂、卡住。因此，保證張緊力的穩(wěn)定性，是保證礦用帶式運輸機穩(wěn)定工作的重要條件。利用自動化技術(shù)實現(xiàn)張緊力的自動調(diào)節(jié)，能夠顯著地提升工作效率。因此，本文針對DSJ-800礦用皮帶運輸機的特點，在PLC的基礎上，進行了一種基于PLC 技術(shù)的自動張力控制系統(tǒng)的研制，并在實際應用中進行驗證。結(jié)果表明，所設計的控制系統(tǒng)是可靠和穩(wěn)定的。

1 常見張緊系統(tǒng)分析

礦山皮帶輸送機常用的張緊裝置有重力式、固定式和自動控制式。本文將分別介紹三種不同的張緊方式，并比較其優(yōu)點和不足。

1.1 重力式張緊系統(tǒng)

重力張緊設備是指在重力的作用下，采用動/靜滑動的原理將重型錘子用鋼絲繩系在輸送皮帶的一頭，由其本身的重力帶動張緊車的運動。在重力式張緊系統(tǒng)正常工作的狀態(tài)下，皮帶始終保持張力，在正常運轉(zhuǎn)或停機時，能確保皮帶始終保持張力恒定，同時也能確保皮帶在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生變形而發(fā)生的塑性伸長。重力式張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，造價和后期維修費用都比較低。然而，這樣需要保證膠帶一直處于最大的張力，而長期的工作則大大減少了皮帶的使用年限。但是這種方法使皮帶始終處在最大張力狀態(tài)，長時間運轉(zhuǎn)會大大縮短皮帶的壽命。

1.2 固定式張緊方式

固定張緊方法是以螺旋式的形式來實現(xiàn)對滾筒的固定，以確保皮帶在運轉(zhuǎn)時的間距不會發(fā)生相對改變。當皮帶的松緊度需要改變時，首先斷開帶式輸送機的電源，然后采用人工調(diào)節(jié)的方式調(diào)整皮帶的松緊度，使得皮帶的松緊度達到適合的狀態(tài)。在人工對松緊度進調(diào)整時，調(diào)整螺旋桿在導軌上前后運動可調(diào)整滾筒的彈性。但是這種調(diào)整方法會造成很大的沖擊力，所以應著重調(diào)整滾筒上的固定螺栓，確保其工作壽命。

1.3 自動張緊方式

隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，推動了自動張緊裝置的應用。自動張緊裝置由傳感器、執(zhí)行器、減速器、控制系統(tǒng)等模塊組成，圖1 對該系統(tǒng)的工作原理進行介紹。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，在皮帶上設置了一個張力傳感器，可以實時監(jiān)測皮帶運轉(zhuǎn)時的張力，而張力調(diào)整裝置則主要是利用液壓缸往復運動來調(diào)整皮帶的張緊力，并能很好地補償由于膠帶的塑性變形引起的長度改變。這種調(diào)節(jié)方法的自動化程度較高，同時也具有良好的可操作性，可以在不需要人為干預的工作情況下改善皮帶的張緊效果，使其控制的穩(wěn)定性和精確度都比較高。為此，本論文將著重于該自動拉緊裝置的設計與研究[1]。

圖1 自動式張緊系統(tǒng)工作原理

2 自動張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

皮帶輸送機的張緊裝置主要由皮帶、張緊滾筒和張緊小車、控制器、張力產(chǎn)生設備、調(diào)速滾筒等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。皮帶是直接纏繞在張緊滾筒上，由兩個部件的相對摩擦驅(qū)動皮帶運動，皮帶的傳輸效率和張緊力的大小是由滾筒的慣性和摩擦系數(shù)直接決定的。張緊力產(chǎn)生機構(gòu)是一種能帶動張緊小車向前和向后移動的液壓油缸，由于滾筒與張緊小車相連，因此滾筒會保持與張緊小車同步運動，這樣可以隨意調(diào)整帶的張緊力，由于張緊小車自身存在慣性和摩擦力，一定程度上會對張緊力產(chǎn)生影響。PLC是張緊力控制的核心模塊，它的高精度和合理的判斷邏輯將對整個系統(tǒng)的工作產(chǎn)生重要的影響。

圖2 自動張緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 帶式輸送機自動張緊控制系統(tǒng)設計

3.1 自動張緊控制系統(tǒng)原理

本文研究的自動張緊控制系統(tǒng)包括張力傳感器、張力顯示表、PLC控制器、驅(qū)動馬達、行程開關(guān)等部件，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：在整個控制期間，由控制裝置向傳送帶的起停點發(fā)出控制訊號，由張力傳感裝置對皮帶進行張力值的實時監(jiān)測，通過傳送裝置將探測到的訊號轉(zhuǎn)化為電子訊號傳送至PLC 控制器；PLC 根據(jù)設定張力值與接收到的信號進行比較，并根據(jù)所設定的張力進行邏輯判定，從而產(chǎn)生對應的張緊起動指令，從而完成張緊電機的前后轉(zhuǎn)動方向的控制；電機根據(jù)接收到的控制信號進行驅(qū)動力的調(diào)節(jié)，并通過減速裝置后帶動鋼絲繩運動，使所述張緊小車向前或向后運動，以調(diào)整皮帶的張緊力；當張緊力調(diào)整完成后，張緊電機由內(nèi)部抱鎖機構(gòu)進行閉合，以確保調(diào)整后的皮帶始終保持一定的拉伸狀態(tài)和保持一定的張力[2]。

圖3 自動張緊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件系統(tǒng)設計

3.2.1 PLC選型設計

在對自動控制系統(tǒng)進行充分功能需求分析的基礎上，經(jīng)過綜合對比，本文最終采用ControlLogix 系列的PLC控制器。該控制器功能完善，包含通訊模塊、輸入輸出模塊、軟件編程模塊等多個模塊，采用RS485通訊方式實現(xiàn)各個模塊之間的通信，包括對限位、應答等信號的收集傳輸，以及對張緊電機、驅(qū)動裝置、主控電機等電器設備的驅(qū)動指令。本PLC控制器具有478KB的CPU 邏輯存儲器，85～250V 的控制供電，最高輸入功率超過110W，能夠滿足多種控制要求。同時，采用AC220V 的數(shù)字式輸出電路，并設有8 個輸入信道，可對整套控制系統(tǒng)中的信號進行相互隔離和點號對應，其中，張緊電機制動響應信道編號DIO302.0，電機正反向響應信道編號DIO302.2，系統(tǒng)故障重置響應信道編號DIO302.6。

3.2.2 張力采樣分系統(tǒng)設計

張力采樣分系統(tǒng)是整個控制裝置的關(guān)鍵部分，該系統(tǒng)包括三個部分：分別是張力信號的采集、傳輸、顯示。傳感器用于采集張力信號，采集到的張力信號由輸出信號線將信號傳遞至BMSP-120變送器，輸出信號線由四芯屏蔽導線構(gòu)成，BMSP-120變送器收到張緊力信號后，首先對信號進行放大處理，最大可放大6倍，將其轉(zhuǎn)換為5～20mA的電信號，然后由PLC控制器進行數(shù)據(jù)運算和邏輯判定，最終將計算得到的結(jié)果上傳至上位機，然后在顯示裝置上實時顯示張力大小，便于工作人員掌握輸送機工作狀態(tài)。本文采用的張力傳感器為PR6201，在額定工作狀態(tài)下，電壓為24V，最大負載比為150%，輸入信號為0.6～3.0mV 電壓信號,輸出電流為5～20mA。該顯示儀表采用195型直流電流顯示器，能實時地顯示各種張力信號，并可進行顯示范圍的調(diào)節(jié)[3]。圖4顯示了張力采樣電路的構(gòu)造。

圖4 張力采樣電路結(jié)構(gòu)

3.3 控制系統(tǒng)驅(qū)動程序設計

該輸送機的傳動部分采用模塊化的程序設計，傳動模組選用了單相電動機，并對其封裝后的各部件進行了詳細的說明。傳送器的驅(qū)動采用了模塊化的編程，以單相電機驅(qū)動模塊作為傳送器的驅(qū)動模組，并將其封裝后的組件進行了詳細的描述。圖5為封裝后的模塊組件示意圖，在此組件中，含有各種標志信號，并由各個組件信號的互相協(xié)作和信號的接收來完成皮帶輸送機的張緊力信號采集、驅(qū)動控制信號的變換和傳輸。在該系統(tǒng)中，通過SS速開的信號可以獲取電動機的轉(zhuǎn)速，在接收到的電動機的信號比較小時，則系統(tǒng)采取必要的保護措施，保證系統(tǒng)安全運行；RN-Time為響應回復時間，當系統(tǒng)在超過設置的閾值時間仍沒有完成啟動操作時，系統(tǒng)則會立即發(fā)出報警信號。

圖5 單向電機驅(qū)動模塊

4 自動張緊控制系統(tǒng)運行效果

在DSJ-800 礦山帶式輸送機進行自動拉緊控制系統(tǒng)的應用，測試了啟動、運行、停機等各種工況下的皮帶拉緊性能，并對測試結(jié)果進行了分析。試驗結(jié)果顯示，該裝置的張緊力比較穩(wěn)定，且在設備工況變化和載荷變化的過程中，皮帶都沒有出現(xiàn)打滑和跑偏，張緊小車在工作過程中狀態(tài)平穩(wěn)，表明了該控制系統(tǒng)的性能達到設計要求。同時還可以通過顯示界面來對皮帶輸送狀況進行全天候的監(jiān)控，并且可以實現(xiàn)高精度的顯示，可遠程對皮帶的張緊度進行自動控制。

5 結(jié)語

基于當前常見的張緊裝置，本文從總體上分析了皮帶輸送機的張緊裝置和控制系統(tǒng)，并從軟件和硬件兩個角度入手，對張緊系統(tǒng)進行了整體優(yōu)化，使得系統(tǒng)的整體性能得到較大的提升。經(jīng)過實踐應用，本系統(tǒng)運行平穩(wěn)，控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)張緊度的自動調(diào)節(jié)，保證了皮帶的張緊力相對平穩(wěn)，運行中無打滑、跑偏等現(xiàn)象，驗證了本系統(tǒng)的可靠性。這對于提高皮帶輸送機的安全和自動化水平，延長皮帶的使用壽命起著十分重要的作用。