基于PLC 的TD75 型皮帶機(jī)輸送綜合保護(hù)研究

張建宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，山西 大同 037003）

1 概況

四老溝礦目前應(yīng)用TD75 型皮帶輸送機(jī)進(jìn)行物料運(yùn)輸，考慮到皮帶機(jī)發(fā)生故障對(duì)生產(chǎn)效率的影響，四老溝礦針對(duì)皮帶輸送機(jī)安裝了簡(jiǎn)單狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，起到了一定的故障防范作用。2021 年6 月，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的皮帶輸送機(jī)故障有6 次，每次都會(huì)觸發(fā)皮帶輸送機(jī)停機(jī)，雖然及時(shí)監(jiān)測(cè)到了TD75 型皮帶輸送機(jī)潛在事故源，但在故障發(fā)生時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制性進(jìn)行停機(jī)報(bào)警，過(guò)激的連鎖控制仍會(huì)降低生產(chǎn)效率，增加設(shè)備管理人員的工作量。為了提升TD75 型皮帶輸送機(jī)智能化運(yùn)行程度，四老溝礦投入研究了一套集監(jiān)控與保護(hù)一體綜合系統(tǒng)[1-5]。

2 綜合保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是綜合保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。皮帶機(jī)的圖像信息通過(guò)本安型攝像設(shè)備經(jīng)交換機(jī)圖像信號(hào)處理后傳輸?shù)奖O(jiān)控電腦，供設(shè)備監(jiān)控人員觀測(cè)；溫度、張力、速度狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器和堆煤、跑偏、斷帶、欠壓、過(guò)流等故障監(jiān)測(cè)傳感器采集到的電流信號(hào)經(jīng)智能儀表轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，傳輸?shù)絇LC 中；轉(zhuǎn)速、油壓、振動(dòng)以及抱閘狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器的反饋信號(hào)通過(guò)輸入模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 中，通訊模塊將PLC 接收到的可識(shí)別信號(hào)經(jīng)過(guò)交換機(jī)上傳至監(jiān)控電腦，向用戶顯示。發(fā)生故障后，PLC 按照既定程序發(fā)出控制信號(hào)，連鎖設(shè)備啟動(dòng)。

皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)依托狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同故障工況下設(shè)備的不同連鎖控制功能。如果皮帶輸送機(jī)發(fā)生了斷帶故障，會(huì)喪失運(yùn)輸功能，因此系統(tǒng)會(huì)連鎖控制本部皮帶機(jī)和皮帶機(jī)上游設(shè)備同時(shí)立即停機(jī)，并啟動(dòng)斷帶抓捕裝置對(duì)皮帶進(jìn)行抓捕，對(duì)皮帶機(jī)下游設(shè)備控制延遲停機(jī)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并通過(guò)上位機(jī)顯示故障信息；如果出現(xiàn)了輕微跑偏、一定程度的欠壓和過(guò)流情況時(shí)，只連鎖聲光報(bào)警啟動(dòng)；如果出現(xiàn)重要部位溫度過(guò)高時(shí)，除了連鎖聲光報(bào)警器外，還要啟動(dòng)灑水降溫功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 TD75 型皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

皮帶輸送機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為綜合保護(hù)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，為系統(tǒng)的連鎖控制提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)輸入信息數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC 控制程序識(shí)別皮帶輸送機(jī)故障信息，按照設(shè)定程序進(jìn)行設(shè)備控制信號(hào)的輸出。皮帶狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器發(fā)出故障信號(hào)后，上位機(jī)啟動(dòng)聲光報(bào)警，同時(shí)改變組態(tài)王中對(duì)應(yīng)變量裝填，借助于組態(tài)王中的S7-200PLC（TCP）驅(qū)動(dòng)，控制PLC 開(kāi)啟保護(hù)裝置，或者組態(tài)王改變PLC 中相關(guān)寄存器的狀態(tài)，PLC 依據(jù)編寫(xiě)的PLC 程序立即停止本部皮帶機(jī)及上游設(shè)備，并延時(shí)停止下部皮帶機(jī)。

3 皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)傳感器選型

設(shè)計(jì)的皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)功能主要包含跑偏保護(hù)功能、撕裂保護(hù)功能、打滑保護(hù)功能、急停保護(hù)功能等。綜合保護(hù)功能需要依托狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配合PLC、各類(lèi)傳感器以及控制程序?qū)崿F(xiàn)不同皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的合理聯(lián)控。傳感器作為綜合保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)輸入源，其功能性和安裝位置是決定系統(tǒng)精度和有效性的基礎(chǔ)因素，結(jié)合帶式輸送機(jī)故障類(lèi)型和故障特點(diǎn)，選擇對(duì)應(yīng)類(lèi)型的傳感器。各類(lèi)傳感器選型見(jiàn)表1。

表1 TD 型皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)傳感器選型表

傳感器的選擇有兩種。一種是輸出開(kāi)關(guān)量的傳感器。以跑偏保護(hù)功能為例，KGE9A 型跑偏開(kāi)關(guān)安裝位置如圖2。

圖2 KGE9A 型跑偏開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖

分別在皮帶前后和兩側(cè)安裝，一旦皮帶發(fā)生跑偏，開(kāi)關(guān)閉合，連鎖控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。另一種是輸出模擬量的傳感器，例如打滑保護(hù)功能的帶速傳感器。這種類(lèi)型的傳感器輸出連續(xù)模擬量，PLC 根據(jù)模擬量的值會(huì)輸出不同的控制信號(hào)，即在一定范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)只進(jìn)行聲光報(bào)警，一旦超過(guò)這一范圍，則會(huì)聯(lián)動(dòng)帶式輸送機(jī)和上下游動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4 綜合保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)

（1）下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

TD75 型皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)連鎖保護(hù)設(shè)備和保護(hù)程序的啟動(dòng)，包括本部皮帶機(jī)和上游動(dòng)力設(shè)備的停止、下游設(shè)備的立即停止或延時(shí)停止，同時(shí)將控制設(shè)備狀態(tài)及時(shí)反饋。下位機(jī)在STEP7 MicroWIN 中編制的主要程序如圖3。

圖3 綜合保護(hù)系統(tǒng)下位機(jī)程序

（2）上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件按照皮帶輸送機(jī)的故障類(lèi)型進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行故障發(fā)生時(shí)程序的顯示功能設(shè)計(jì)，在組態(tài)王軟件“工程瀏覽器”中采用事件命令語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，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(fā)生時(shí)對(duì)話框中設(shè)定故障發(fā)生時(shí)，上位機(jī)顯示狀態(tài)變量為1，在存在時(shí)保持狀態(tài)變量1，在消失時(shí)對(duì)話框中設(shè)定故障消失時(shí)，上位機(jī)顯示狀態(tài)變量為0。

圖4 綜合保護(hù)系統(tǒng)上位機(jī)故障判定程序

5 應(yīng)用效果

四老溝煤礦將該皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)投入使用已經(jīng)近半年，故障監(jiān)測(cè)效率達(dá)到了100%，統(tǒng)計(jì)2021 年8 月—9 月兩個(gè)月期間，皮帶輸送機(jī)發(fā)生故障共9 次，連鎖設(shè)備停機(jī)1 次，只進(jìn)行聲光報(bào)警8 次，極大地降低了故障停機(jī)率，同時(shí)保證了故障發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性和運(yùn)行的安全性。據(jù)機(jī)電科統(tǒng)計(jì)，8次非停機(jī)故障的連鎖控制，提升了設(shè)備運(yùn)行效率，節(jié)省約10 萬(wàn)元故障停機(jī)損失費(fèi)。