基于PLC控制系统的皮带运输机故障报警设计_张明.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 0引言 随着煤矿矿井规模的不断增大、 矿山机械设备的 不断改进， 随着软件技术的飞速发展， 集中控制、 智能 控制正在逐渐成为皮带运输机的发展方向，目前， 皮 带运输机的 “无人值守” 已成为可能。然而， 随着井下 工作面长度的不断增大， 皮带运输机作为煤矿井下运 输系统的主要设备也随之加长， 长距离的皮带运输常 会出现皮带断裂、 打滑、 跑偏、 撒料等故障， 这些情况 会导致减少皮带运输机寿命、破坏运输系统安全等， 严重威胁运输系统稳定性。因此， 设计含有皮带运输 机故障报警甚至故障定位功能 PLC 控制系统监控运 输机工作状态， 做到有故障早发现、 早解决尤为必要。 1皮带运输机故障分析 煤矿井下运输机一般都具有长度大、载重大的 特点， 动辄几百上千米， 在繁重的生产过程中， 故障 在所难免， 主要有皮带机跑偏、 异常噪音、 撒料、 皮带 打滑、 皮带断裂、 减速机断轴等， 其主要特征及破坏 程度如下 1 ）皮带跑偏。皮带运输机的皮带正常以中轴对 称的 U 型覆于底部支架滚轴上载重运行，当皮带中 轴偏离支架中心， 即为皮带跑偏。皮带跑偏在皮带运 输机故障中占有较大比例， 主要表现为悬空于运输机 支架上方、 偏离运输机支架两侧等两种情形。皮带跑 偏一方面会造成大面积的撒料、 堆积， 增加不必要的 人工成本； 另一方面， 长时间的跑偏使得皮带两侧受 力不均， 引起撕裂， 严重缩短皮带正常使用寿命。 2 ）皮带运输机的撒料。皮带运输机撒料原因也 是多方面的， 常见原因有两种。 一种是皮带悬空撒料； 煤矿运输巷道底板并不一定是水平的， 而是随着煤层 走向而起伏， 因此就造成了布置于其中的皮带运输机 的起伏不平， 在皮带运输机的低洼段， 皮带运输机底 座曲率半径小于皮带曲率半径时，皮带悬空， U 型槽 变平槽， 煤炭撒落。另一种情况便是皮带跑偏造成的 撒料， 皮带两侧一高一低， 煤炭从低侧撒落， 此时需要 对皮带进行纠偏。 3 ）皮带打滑。皮带打滑也是皮带运输机故障中 较为常见的一种，表现为皮带与转轴无法同步转动， 致使皮带与转轴之间形成剧烈滑动摩擦， 不必要的磨 损严重缩短了皮带运输机的使用寿命。 引起皮带打滑 的原因大多是因为张紧装置上问题， 张紧装置一般有 两种， 一种是重锤张紧， 一种是螺旋张紧或液压张紧。 前者通过增加配重使皮带张紧不再打滑， 后者通过调 整张紧行程来阻止皮带打滑。 4 ） 皮带断裂。根据经验， 皮带皮带断裂往往是因 基于 PLC控制系统的皮带运输机故障报警设计 张明 （霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿 ， 山西 方山 033100 ） 摘要 皮带运输机作为煤矿井下运输系统的主要设备， 承担着繁重的运输任务， 设备完好性对于保 障生产尤为重要。通过对煤矿井下皮带运输机的故障类型及处理方案进行分析总结，针对性地设计 PLC 控制程序， 实现 PLC 对皮带运输机的故障的准确智能甄别、 报警， 并给出故障区域， 为相关设备 研发提供参考。 关键词 皮带运输机 ； PLC控制系统 ； 故障报警 中图分类号 TD273文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0112- 03 Fault alarm design of belt conveyor based on PLC control system ZHANG Ming （Huozhou coal and electricitygroup LvLiangshan Coal Electric Co., Ltd. Mugua coal mine , Fangshan 033100 China） Abstract Belt conveyor, as the main equipment of underground transportation system in coal mine, undertakes heavy transportation tasks, and the integrity of equipment is particularly important for ensuring production. Through the analysis and summary of the fault type and treatment scheme of the underground belt conveyer in coal mine, the PLC control program is designed torealize the accurate identification and alarmofthe fault ofthe belt conveyer byPLC, and the fault area is given, which provides reference for the research and development ofthe re- lated equipment. Key words belt conveyer ; PLCcontrol system; fault alarm 112 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 为皮带老化、 磨损严重， 断裂部位主要发生在皮带运 输机滚轴处和皮带接口处， 这两处也恰是皮带弱面或 受力不均衡处， 是重点监测的目标位置。 图 1皮带运输机故障类型占比对比图 如图 1 所示， 根据实践调查， 皮带机跑偏和撒料 是目前占比最高的两项故障类型， 根据 PLC 特点， 本 文选取皮带机跑偏、 撒料、 皮带打滑、 皮带断裂等四项 可实现且占比较高的故障类型纳入 PLC控制系统。 2PLC 故障报警控制系统设计 PLC可编程逻辑控制器有效融合了计算机、 集中 控制、 通讯等多个领域的技术， 与复杂的监控系统相 比具有开发简单、 周期短、 体积小、 维护使用简单、 可 靠性高等优点，尤其适用于煤矿井下恶劣的生产环 境。设计采用 PLC 控制系统作为皮带运输机的运行 状态监测、 故障识别报警的控制中心， 可接入全矿井 监控系统或单独使用。 2.1数据监测的系统设计 2.1.1 工作原理 图 2PLC 主控制流程图 如图 2 所示， 系统初始化后， 控制系统读取传感 器数据， 皮带机会正常运行， 通过配合使用传感器设 备完成基础参数收集，参数包括皮带跑偏传感器角 度、 压力值、 皮带拉力值、 转速差等， 控制系统将传感 器反馈数据与系统设定安全值进行对比分析， 超出安 全值即启动警报系统， 并反馈相应故障位置。 2.1.2PLC 程序设计 1 ）程序语言。程序语言的选择滞后于 PLC 型号 的选择， 因此编程语言根据所选定的 PLC 决定， 如西 门子 PLC- 300 采用 STEP7 V5.5 软件进行编程。 2 ）功能实现。对系统功能的要求首先要明确系 统任务内容、 输入输出量的类型， 需对统计数据进行 哪种处理、 处理方式以及结果等。 3 ）数据存储。PLC 控制系统涉及到一系列外部 设备，以 1s 为间隔的数据存储频率向存储空间输送 数据，不间断的监测反馈会产生大量的数据记录， 在 多台输送机联合运行的情况下，数据量会更加庞大， 加之皮带跨度大、 运行快， 总体数据量会很大。 4 ）物理结构。根据物理结构的不同， PLC有整体 式和模块式两种， 一般情况下， 整体式被多用于小型 PLC系统， 且价格低廉， 性价比较高。 5 ）抗干扰能力选择。PLC 控制系统所处的工作 环境要求其具有较强抗干扰能力， 抗干扰能力考察贯 穿于整个设计、 安装和运维过程， 良好的抗干扰能力 才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。 6 ）通信能力。PLC 的控制过程依赖于良好的通 信能力， 在通信能力的选定方面一定要预留后期增设 的线路或端口， 为后期增加系统能力预留空间。 2.2数据监测的硬件设计 1 ）皮带跑偏的数据监测。 通过在皮带运输机底座 两侧布置皮带跑偏传感器对跑偏情况进行数据收集， 每隔 30- 50m 布置一对（布置密度根据现场需要确 定 ） ， 当皮带偏离角度超出设定值时， 传感器反馈警戒 值， PLC控制系统启动控制流程， 显示跑偏位置区段。 2 ）撒料的数据监测。在皮带输送机低洼处布置 堆煤传感器，堆煤传感器数值向 PLC 控制系统实时 传送， 当超出安全值时即启动反馈机制， 显示跑偏位 置区段。 3 ）皮带打滑的数据监测。在皮带运输机端头滚 筒及皮带中部设置速度传感器， PLC 控制中心通过监 测对比两者的速度差值判定是否产生打滑， 并适时启 动控制系统。 4 ）皮带断裂的数据监测。在皮带运输机端头张 紧设备内设置拉力传感器， 皮带运输机正常运行过程 中张紧力显示为一定数值， 当数值急剧减小时即判定 皮带断裂。 如图 3 所示， 以皮带跑偏故障为例， 以上故障监 （下转第 117 页 ） 113 ChaoXing （上接第 113 页 ） 测功能的实现过程为 皮带跑偏→跑偏传感器数据发 送→数据存储→皮带跑偏模块数据对比→超出安全 值判定→皮带跑偏声光报警。 图 3数据监测硬件布置示意图 3结语 1 ） 皮带运输机底座曲率半径小于皮带曲率半径 时， 皮带悬空， U 型槽变平槽， 煤炭撒落， 应尽可能地 采用较大的凹段曲率半径来避免此类情况的发生。 2 ） 基于 PLC 控制系统的皮带运输机故障报警 设计实现了皮带运输机的故障定位、 运输机启停等功 能， 提高了故障一次定位的准确性， 减少了人力物力 成本， 提高了皮带运输机的效率。 3 ） 该系统具有开发简单、 研发周期短、 体积小、 维护使用简单、 可靠性高等优点， 尤其适用于煤矿井 下恶劣的生产环境， 在效率、 实用性、 经济性等方面具 有一定的推广价值。 参考文献 [1] 张涛. 基于 PLC 和组态软件的煤矿皮带运输机监控系统 的设计[J]. 华北科技学院学报,2015,12 （06） 50- 55. 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