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煤矿 现代化 2 0 1 3 年增 刊 P L C控制在皮带保护中的应用 董 军， 骆建营 ， 徐晓晓 兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东 兖州 2 7 2 1 0 2 摘要本文讲述了皮带保护在皮带运输机工作过程中的重要性，并详细讲解了如何通过 P L C控 制， 来实现对皮带的保护。 关键词皮带运输机 ； 皮带保护 ； P L C 中图分类号 T D 6 3 4 ． 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 增刊 一 0 0 6 3 0 3 兴隆庄煤矿主井装载站担负着整个矿井煤炭装 载运输任务， 是整个矿井生产的咽喉。 装载站有两条 用于运输原煤 ， 编号为 3 A和 3 B， 在煤矿的原煤提升 环节中起着至关重要的作用 。按照规程规定 ， 运输皮 带应该有 自动喷雾、 超温洒水 、 烟雾保护、 张紧力保 护 、 打滑保护、 跑偏保护 、 拉线急停保护和堆煤保护 八大保护装置。 主井装载站皮带保护一直故障率高， 各种保护使用的是不具备调整功能的简单分体式控 制保护装置 ， 该装置 出厂已经 固化 ， 无法根据现场需 要进行调节，因此无法满足准确迅速安全的保护需 要。 误报故障率高， 故障查找不方便， 各种保护分散， 设计非常不合理 。而且 由于传感器 自身的缺陷 ， 无法 满足兖州煤业股份有限公司对于胶带输送机各种保 护装置安装位置的新要求 。 为确保两条运输皮带正常的运行 ，保护灵敏可 靠， 根据工作现场的实际情况， 我们根据长期的观察 和实验对部分保护进行改进 。我们决定充分利用 P L C控制的构 成灵 活 、 使用方便 、 抗干扰能力强 、 可 靠性强的优点，利用西门子 P L C和现场的各种开关 配合， 来改进皮带的各种保护， 使得这些保护安全可 靠 ， 满足现场使用要求和安全生产需要 。 1 一前驱动滚筒； 2 一后滚筒； 3 一跑偏开关； 4 一干簧管开关； 5 一滚轮 ； 6 一小车 ； 7 一调整器 ； 8 一磁铁 ； 9 一开关固定孔 图 1 保护装置安装位置 1 各保护 工作原 理 1 ． 1 跑偏保护 皮带跑偏是皮带机运输过程中常见的故障 ， 严重 时会造成设备部件的损坏 ， 为防止故障的发生， 皮带 机应安装跑偏保护装置。图 1中③为跑偏开关 ， 在皮 带左右两侧分别平行安装一个 ， 以实现皮带在两个方 向跑偏时， 都能起到保护作用。如图 2中a 为开关的 正常状态 ， 当皮带发生跑偏时 ， 皮带将碰触开关把手 如图b ，把手动作后使得开关内的常开点动作闭合。 把手 图 2 跑偏 开关动作状态 图 3 P L C的控制原理示意图 P L C的控制原理 如图 3 所示 ， 由于跑偏开关使 用的是常开触点 ，在正常状态下 ， I 4 ． 1 为断开状态 ， Q 3 ．2 不被接通， 皮带正常运行； 当皮带跑偏时开关把 手带动常开点动作， 触发 I 4 ． 1 常开触点闭合， Q 3 ．2 接 通 P L C 有输出信号，皮带将急停 ；在回路中设计了 Q 3 ． 2 的常开点作为自保点，只有当工作人员确认故 [ 1 】G B 5 0 0 5 7 1 9 9 4 ． 建筑物防雷设计规范 2 0 0 0年版 ． 中国 标准 出版社， 2 o o 0年． 【 2 】2 G B 5 0 2 1 5 2 0 0 5 ． 煤炭工业矿井设计规范 ．中国计划出版 社 ． 2 0 0 5年 ． [ 3 J D I J T 6 2 0 1 9 9 7 ． 交流电气装置的过 电压保护和绝缘 配 合 ． 中国电力出版社， 1 9 9 7年． 8 3 [ 4 ]G B J 3 0 3 8 8 ． 建筑电气安装工程质量检验评定标准 ． 中国 建筑工业 出版社， 1 9 9 6年． [ 5 ]吴薛红等． 防雷与接地技术 ． 化学工业出版社， 2 0 0 8 年． [ 6 ]江日红． 发变电站防雷防雷保护及应用实例 ． 中国电力 出版社 ． 2 0 0 5年 ． 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 0 煤矿 现代化 2 0 1 3 年增 刊 障 已经处理完成时 ， 按故障复位按钮复位后 ， 皮带运 输机方可运行 。 1 ． 2 打滑保护 由于工作现场环境较差需要洒水防尘，使得皮 带运输机在工作过程中， 会出现打滑现象； 如果不及 时停机处理 ， 皮带与驱动滚筒摩擦 系数变小 ， 长时间 运行将导致接触部位发热， 严重时会导致皮带断裂， 引发重大机 电事故 ； 如图 1中所示 ， 将⑧磁铁安装在 ②后滚筒上 ，皮带运输机工作时磁铁随着后滚筒一 起转动，通过④干簧管开关和⑧磁铁与 P L C配合实 现对皮带 的打滑保护。 P L C控制原理 如图 4所示 ， 在皮带运行 6 s 后 ， 系统内部定时器 T 1 2 9 的常开触点闭合 ， 由于干簧管 开关使用 的是常开点 ， 所 以 I 4 ． 4此时为接通状态 ， 延 时定时器 T 2 1 8有启动指令 ，如果在 1 ． 3 s 的时间内， 磁铁随滚筒转动与干簧管开关碰触一次 ，则 I 4 ． 4的 常闭点断开 ， T 2 1 8被复位至启 动前的状态 ； 如果皮带 出现 了打滑现象 ， 磁铁在设定的 1 ． 3 s 时间 内， 不能与 干簧管开关碰触一次 ， 则系统内部线圈 M3 0 0 ． 1接通 ， M 3 0 0 ． 1的常开触点闭合 ， 0 3 ．4接通 P L C有信号输 出， 皮带将急停 ； 在回路中设计了Q 3 ．4 常开点作为自 保点，只有当工作人员确认故障已经处理完成时， 按 故障复位按钮复位后 ， 皮带运输机方可运行 。 图 4 打滑保护控制原理 图 1 _ 3 张紧力保护 随着皮带使用时间不断变长 ，将 出现一定程度 的老化 ， 造成皮带的张 紧力变小 ， 导致皮带摩擦系数 变小， 会出现皮带电机空转和皮带打滑故障。 如果在 正常运输过程 中， 出现重物超出皮带 的张紧负荷 ， 造 成皮带张紧力变大 ， 皮带电机运行在过负荷状态 ， 严 重时会烧毁电机或将皮带撕裂 。为确保 能避免 以上 故障 ， 经过现场观察 ， 根据实际情况 ， 我们加装 了皮 带张紧力保护。 如图 1 中所示 ， 将⑥小车与②后滚筒 安装在一起，调整⑦调整器可以通过⑤滚轮带动小 车和后滚轮， 来调整皮带的张紧力； ④干簧管开关与 ⑧磁铁水平放置 ， 安装在皮带固定机架上； 在皮带出 现张紧力变小或变大时 ，皮带②后滚筒的位置发生 变化 ， 固定在小 车上的⑧磁铁 的位置也随之变化。在 设计加装皮带张紧力保护开关时，考虑皮带在正常 使用 过程 中，当有重物砸伤皮带时 ，就要补接皮带 头， 皮带的长度会在允许范围内变短 ， 随之磁铁的位 置也要前移，所以干簧管开关的位置就不能只固定 在一个位置 ， 另外设计 了几个⑨开关 固定孔 ， 在磁铁 位置变化时 ， 只要根据位置需要 ， 将保护开关插入适 当的位置即可 。 P L C工作原理 如图 5 所示， 由于干簧管开关使 用的是常闭触点 ， 在正常状态下 ， 干簧管开关 和磁铁 水平放置 ，开关 的常 闭触点断开 ， I 4 - 3为断开状态 ， O 3 ． 5不被接通 ， 皮带正常运行 ； 当皮带张紧力发生变 化时， 磁铁将随滚筒移动 ， 干簧管开关的常闭点接通 ， 触发 I 4 -3 常开触点闭合， Q 3 ． 5 接通 P L C有输出信号， 皮带将急停；在回路中设计了Q 3 ．5的常开点作为自 保点，只有当工作人员确认故障已经处理完成时， 按 故障复位按钮复位后 ， 皮带运输机方可运行 。 图 5张紧 力保护原 理图 1 ． 4 保护控制系统 将主井装载站皮带保护由不具备调整功能的简 单分体式控制装置改为可以根据现场需要进行调 节 ， 智能化程度明显提高 ， 保护功能更加准确 、 安全 、 可靠的远程保护控制系统。 对各种保护传感器进行了优化选型。 具体如下 1 温度传感器采用 G WD 4 2型， 感应式 、 机械 式 。温度设定范围 0 。～ 1 0 0 。 ， 连接可调 ， 设置动作 温度 4 2 ％，复原温度 ≤3 7 。当温度不超过动作值 时， 传感器输出≤0 ． 5 V低电平 灌入电流 2 m A ； 当温 度超 过动作值 时 ， 传感器 输 出≥5 V高 电平 拉 出电 流 2 mA 。具有体积小 、 重量轻 、 密封性能好 、 维护方 便 ； 采信信号速度快 ， 控制输 出性能好 。 2 烟雾传感器采用 G Q Q O ． 1 型。 G Q Q O ． 1 烟雾传 感器采用先进 的气敏型探头 ， 经过特殊 电路处理后 。 主要技术性能 传感器应在无烟检测为 5 ～ l O V ， 有 烟报警≤o ． 5 v f 、传感器的灵敏度和响应时间当烟雾 浓度为 o ． 1 m g ／ m 时， 传感器的其响应时间≤3 0 s 。传 感器灵敏度为 I I 级。 其工作原理是接上电源后， 其绿 灯亮， 待稳定 1 0 ra i n 后 ， 绿灯灭红灯亮， 表示检测探 8 4 煤矿 现代化 2 0 1 3 年增 刊 头热稳定时间结束， 传感器进入检测状态。 当有少量 烟雾进入烟室后 ， 红灯闪亮， 同时控制三级管导通 ， 输出低电平 ， 烟雾故障指示亮， 使继电器闭合。实现 烟雾保护或 自 动灭火。 主机实现保护并闭锁， 此时要 重新启动， 需在故障排除后， 并按一下停止按钮解锁 后， 再按动启动按钮， 皮带机才能起车运行。具有灵 敏、 可靠 、 无误动 、 无拒动等特点。 3 跑偏传感器采用 G E J 3 0 型， 导杆式。G E J 3 0 型跑偏传感器在皮带机正常运转时 ，将任一机械式 跑偏传感器传动杆板动 1 0 ～ 3 0 。， 使跑偏传感器内的 触点闭合 ， 监控仪主机 1 0 s 延时 ， 皮带机停机 。特点 及工作原理 本产品的箱体由接线箱与传动箱两部 分组成， 选用臂式导杆单向传动的工作方式。 导杆采 用高速轴承接触与皮带同步运动， 减少了皮带磨损。 在箱体内安装高质量的拉簧， 增强了动作应力 ， 而且 更加保护外界泥浆 对拉簧 的损坏。开关选用 L X一 1 9 K行程开关 ， 具有一对常开点和一对常闭点 ， 并 增 强了驱动负载的能力。 4 堆煤传感器采用 G U J 1 5型， 电极式； 煤位传 感器采用 G U J 1 5 2型 ， 水银式 。G U J 1 5型堆煤传感 器可有效对皮带堆煤过高 ， 煤仓满煤故障进行保护 。 特征及工作原理 堆煤传感器采用万向推杆方式， 产 品体积小、 结构紧凑， 且接线安装简单、 维修方便。 堆 煤传感器安装在皮带机头或煤仓中， 当皮带、 煤仓煤 流超线时， 煤流推动传感器导杆大于 1 5 。时， 延时 0 ～ 4 s 主机动作， 皮带停机， 起到皮带堆煤保护作用。 煤位传感器采用 G U J 1 5 2型， 水银式 ， 外壳为铸铁 ， 可以耐冲击，可以方便的安装在装载机头溜煤点下 方， 使保护更加安全可靠。 保护装置所有传感器动作时通过保护主机均有 继 电器无源点输出并且一一对应传输至上位机 ， 并 能在主机本身的液晶显示屏上显示动作的保护。当 传感器出现故障时可以通过主机进行投入、 解除。 故 障查找方便， 保护参数可以根据现场需要随时调整。 主机选用 s 7 2 0 0 C N西 门子编程 器加 E M 2 7 7 ， 各种传感器进行了优化， 从而进行整体升级， 实现对 皮带保护 的改造。具有 4个 P R O F I B S总线连接器 ， 可以方便的进行数据传输和实现远程网络化控制。 并与皮带机 S 7 3 0 0 控制系统进行数据交换， 实现对 皮带的保护控制功能。 2 改造后取得的效益 2 ． 1 经济效益 1 本次对整个皮带保护系统的设计选型， 充分 考虑了对现场的适应性和安全可靠性，对各种传感 器进行了优化， 从而实现了整体升级。 经过 8 个月的 使用运行， 该保护系统安全可靠， 避免了皮带保护系 统的误报情况 ，很好地保证了装载皮带系统 的良好 运转。 与改造前相比较， 每月可以减少因为皮带保护 故障带来的影响时间5 h以上。按照每小时提升 8 8 勾， 1 4 t／ 勾 ， 7 0 0元 ／t 计算，每月可产生经济效益 58 8 X 1 4 X 7 0 0 4 3 1 ． 2万元 。 2 本次我们 自 行设计的机路紧停保护装置、 张 紧保护装置和速度保护装置使用现有材料完成 ， 避 免了购买昂贵的并且不是特别可靠的保护装置 ， 节 省了大量资金。每年越节约 3 万元左右。 3 本保护 系统可 以实现 对装载两条皮带 的有 效安全防护 ， 防止意外情况损坏皮带或造成事故 ， 因 此具有及其重要的经济效益和社会效益。 2 ． 2 社会效益 1 新的皮带保护系统具有安全可靠 、 保护灵敏 的特点， 可以有效地提高皮带运行的安全可靠性， 降 低事故率， 减少维护工作量。 2 新 的皮带保护 系统更加符合兖 州煤 业股份 有 限公司的规定要求 ， 即保证 了人员和设备的安全 ， 又促进了质量标准化水平 。 3 结束语 本文结合皮带运输机的实际情 况 ，介绍 了 P L C 系统在皮带保护中的应用。该系统根据皮带对保护 的需求进行了开发和改进， 通过长期的运行， 证明了 P L C控制的皮带保护系统， 能准确有效地反映故障， 使皮带的安全运行得到保障。 作者简介 董军 1 9 7 0年 0 7月 ， 男， 汉， 高级工程师， 兴隆庄煤矿机 电队队长， 长期从事于煤矿机电管理工作。 收稿 日期 2 0 1 3 1 1 - 2 7 PLC Co nt r o l App l i c a t i o ns i n Be l t Pr o t e c t i o n Do n g J u n ， L u o J i a n y i n g ，Xu Xi a o x i a o Xi n g l o n g C o a l Mi n e o f Ya n z h o u Co a l Mi n i n g C o mp a n y L i mi t e d ，Ya n z h o u ， S h a n d o n g 2 7 21 0 2 Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e i mp o r t a n c e o f b e l t c o n v e y o r p r o t e c t i o n d u r i n g i t s o p e r a t i o n ， a n d e x p l a i n i n d e t a i l h o w t o a c h i e v e t h e b e l t p r o t e c t i o n t h r o u g h PL C c o n t r o l ， ． Ke y wo r d s b e l t c o n v e y o r ； b e l t p r o t e c t i o n ； P L C 8 5