【文章內(nèi)容簡介】 進行，膠帶輸送機運作時，不能改變其工作方式； 2) 程序設計中，報警停車等故障信號自動保持，即一旦發(fā)出故障信號，即使經(jīng)維修后信號消失，計算機內(nèi)仍保留信號故障狀態(tài)，這時復位指令可以清除故障保持信號； 3）皮帶輸送機按照逆煤流啟動，順煤流延時停車 ，并具有閉鎖功能 ； 4) 系統(tǒng)具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤、超溫灑水、煙霧、滾筒超溫、沿線急停和跑偏等多種保護。 下面簡單介紹它們信號發(fā)生后的動作情況： ：信號發(fā)出后馬上發(fā)出急停指令，系統(tǒng)可以識別哪個急停開關動作，發(fā)出拉線開關聲光報警。 煤：信號發(fā)出后，執(zhí)行堆煤聲光報警指令和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行跑偏聲光報警指令，此為一級動作，當報警時間超出一定時間段時，同時再執(zhí)行急停指令，此為二級動作。 ；信號發(fā)出后，執(zhí)行打滑聲光報警指令 , 再執(zhí)行急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行超速聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行斷帶聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行縱撕聲光報警和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行滾筒超溫聲光報警、灑水指令和急停指令。 ：信號發(fā)出后，執(zhí)行煙霧聲光報警、灑水指令和 急停指令。 5) 對設備故障和工藝參數(shù)的異常實時報警，并進行聲光提示 ，系統(tǒng)狀態(tài)對位顯示，更便 于維護 。 6) 可與 工業(yè)電視系統(tǒng) 配合 ，實時監(jiān)視皮帶機重點部位運行情況 ， 以確保人員及設備的安全 ；具有喊話、打點通訊功能，基本實現(xiàn)無人值守。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 7) 膠帶運輸機 就地控制箱上 設 啟停、 起動預警 按鈕 ，設備啟動前發(fā)出預警信號，提示有關人員應立即遠離設備； 現(xiàn)場可隨時停車 ， 若設備由集控啟動，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車 信 號后，可作急停處理，實施故障停車操作 。 8）具有 聯(lián)網(wǎng)功能 ，能與全礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)可靠的聯(lián)接、實現(xiàn)全局監(jiān)控。 膠帶輸 送機集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 本次設計中需要集中控制的皮帶共有 7 條， 各條皮帶分布較廣 ，現(xiàn)場控制點分散，并且現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣 。 所以，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線技術，組成主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)工藝流程劃分，系統(tǒng) 以 PLC 為控制 主站，以 每條皮帶 就地箱 配備 的 遠程 I/O ET200M 為從站，共設 7個從站 ，這樣就節(jié)約了大量電纜等材料 。本系統(tǒng)由集中控制臺、 PLC 控制柜、觸摸屏、就地箱、 各種保護傳感器及執(zhí)行器組成。完成一個系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶多個設備全過程的控制、監(jiān)測，構(gòu)成一個完善的 集中控制 系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 P L C操 作 臺 觸 摸 屏就 地 控 制 箱 1E T 2 0 0 M就 地 控 制 箱 2E T 2 0 0 M傳感器執(zhí)行器主 提 升 皮 帶 機傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器就 地 控 制 箱 7E T 2 0 0 M走 廊 皮 帶 機 末 煤 刮 板 機P R O F I B U S D P上 位 機現(xiàn) 場 級控 制 級管 理 級 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 以 SIEMENS 公司 S7300 系列 PLC 作為核心 控制 器件，具有防潮、抗干擾能力強、易擴展，基本免維護， 實現(xiàn) 與上位機的通信 ，以循環(huán)掃描的方式，檢測傳感器及被控設備的信號，發(fā)出程序指令，完成對皮帶機的集中監(jiān)控 ，使各個皮帶協(xié)調(diào)完成工作 。 PLC 控制柜內(nèi)部由 S7300 PLC 模塊、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成；集中控制臺和觸摸屏是人機的交流界面，控制臺面板上有各條皮帶機的 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 起?？刂瓢粹o，總啟、總停按鈕，起車預警按鈕、 集控 /就地 /檢修工作方式的轉(zhuǎn)換開關，系統(tǒng)緊急停車按鈕； 觸摸屏 則詳細顯示各條皮帶及給煤機運行情況，同時也顯示出所有皮帶上的各種保護傳感器的動作情況、故障位置等。就地控制箱上有控制皮帶的啟動、停止按鈕，急停按鈕 ， 內(nèi)部配 SIMATIC ET200M 遠程 I/O，完成現(xiàn)場皮帶的數(shù)據(jù)采集和控制 。 每個遠程 I/O 站可以處理 256 個開關量或 64個模擬量，它與 CPU 的通信速率最高可達 12Mbps，通信距離最遠可達 1200 米。 ET200M 遠程單元通過 IM1532 總線接口模塊連接到 PROFIBUS 總線上。 膠帶輸送機集 中控制系統(tǒng)設備構(gòu)成 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)主要由 PLC、人機界面等組成，它主要控制膠帶輸送機、各種 參數(shù) 檢測和 故障 保護裝置，將各種信息在觸摸屏上集中顯示。下面我們對集控系統(tǒng)各部分進行詳細的介紹。 膠帶輸送機 帶式輸送機是以膠帶作為牽引機構(gòu)和承載機構(gòu)的連續(xù)運輸機械，又稱為膠帶輸送機，它在礦山的物料運輸，特別是煤的輸送方面得到了廣泛應用。帶式輸送機主要由以下幾種主要部件組成：傳動裝置、膠帶、機架、滾筒、托輥、拉緊裝置、清掃器、裝料和卸料裝置等。 膠帶輸送機的基木結(jié)構(gòu)見圖 所示。膠帶 1繞過傳動 滾筒 2 及尾部滾筒 3 形成無級循環(huán)的牽引機構(gòu)，在滾筒 2和 3之間的機架上按一定距離安裝著托輥 4和 5， 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 用來支承載有物料的膠帶段 (重段 )和回空的膠帶段 (空段 )，傳動滾筒由電動機通過減速器帶動，膠帶與滾筒之間的摩擦力使膠帶移動，這時，由給料漏斗 7(裝載裝置 )加到膠帶上的物料就和膠帶一起移動。當膠帶繞過傳動滾筒時，物料就在重力和離心力的作用下卸到排料漏斗 8(卸料裝置 )中。小車和系在它上面的重物是膠帶輸送機的拉緊裝置，它的作用是通過安裝在小車上的尾部滾筒使膠帶處于張緊的狀態(tài)。這樣，膠帶在兩托輥之間懸垂度不致過大，而傳動滾筒 也能有足夠的牽引力傳送給膠帶。 膠帶是經(jīng)主動滾筒和機尾改向滾筒形成一個無極環(huán)行帶。它上下的兩股膠帶分別由上下的托輥來支承。膠帶機的傳動裝置一般位于輸送帶的頭部、中部或是尾部，它是帶式輸送機的重要組成部分。傳動裝置一般由驅(qū)動裝置和傳動滾筒組成。驅(qū)動裝置一般采用電動機、液力偶合器、減速器及制動輪、傳動滾筒組成。 輸送機的驅(qū)動有單滾筒驅(qū)動和多滾筒驅(qū)動，一般常采用單滾筒驅(qū)動，功率大時可采用多滾筒驅(qū)動。多滾筒驅(qū)動的優(yōu)點就是能夠傳遞較大的功率，帶動較大的負載，并能降低輸送帶的張力；其缺點就是可能會出現(xiàn)功率不平衡問題，從 而增加了電動機的備用功率。本項目的膠帶輸送機都采用一臺電機的單滾筒驅(qū)動。 膠帶輸送機向上運輸物料的傾角不能過大，運輸煤炭時的傾角一般為 18O—2lO。向下運輸?shù)膬A角一般在 150以下。超過這些數(shù)值，運輸物料和膠帶之間就會有相對運動，使物料下滑。因此，在輸送同樣高度條件下 ，膠帶輸送機所需廠房面積或成長度較大。 參數(shù) 檢測及 故障 保護裝置 為了能實時的掌握 帶式輸送機 的運行狀況，需要對其一些參數(shù)如速度、滾筒溫度等進行檢測。 帶式輸送機在輸送過程中也難免 出現(xiàn) 一些 故障 ，如果這些故障處理不當，可能會導致更大的事故，對生產(chǎn)造成重大損失。 所以，對帶式輸送機的參數(shù)檢測和采取相關保護措施是必須的。 下面簡要介紹一下帶式輸送機出現(xiàn)的一些常見故障及其參數(shù)的檢測。 跑偏 近年來，帶式輸送機在運轉(zhuǎn)中最常見的故障是運輸機跑偏，如果處理不及時，因輸送帶邊緣與托輥或機架劇烈摩擦，很快會把輸送帶邊上的保護層磨掉，使帶芯受潮濕大氣的侵蝕而迅速損壞，也可能扯壞輸送帶，造成斷帶事故；另外，皮帶嚴重跑偏時也會導致向外撒煤，造成浪費。因此，防護輸送帶跑偏是帶式運輸機運行保護中的重要問題。 膠帶輸送機跑 偏的根本原因是輸送帶在運行過程中，橫向受力不平衡。主要有以下幾種原因： (1)安裝質(zhì)量原因： a機架、滾筒沒有調(diào)整平直； b托輥軸線與輸送帶中心線不垂直； c機架與地面連接強度不夠，機架不穩(wěn)定； d導料槽和卸料槽的導 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 料擋板安裝位置不當，受力不均。 (2)輸送帶質(zhì)量原因： a輸送帶接頭與中心線不直；b輸送帶帶邊呈“ S” 型。 (3)裝載質(zhì)量原因：裝載點不在輸送帶中央。 (4)維護質(zhì)量原因：滾筒清掃不干凈，造成直徑不等。 目前，對運輸機跑偏的解決辦法主要有兩種： (1)通過人工調(diào)整滾筒或托輥進行調(diào)偏； (2)使用回轉(zhuǎn)式槽型調(diào)偏托輥（上 膠帶裝）或平行調(diào)偏托輥（下膠帶裝）進行自動調(diào)偏。為實現(xiàn)無人值守，多數(shù)都使用能自動調(diào)偏的托輥。 為實時監(jiān)測運輸皮帶是否跑偏，一般在機頭、機中和機尾皮帶最容易跑偏的地方分別安裝一對防跑偏保護裝置。本設計中采用煤炭科學總院常州自動化研究所的KG1007A2型膠帶二級防跑偏開關，其跑偏信號通過接入臨近拉線急停開關傳輸。在皮帶正常工作時，跑偏開關的探桿在豎直位置。當皮帶跑偏時，皮帶碰到跑偏開關的探桿，并帶動探桿軸轉(zhuǎn)動，此時與探桿固定在一軸上的凸輪也同時轉(zhuǎn)動，撥動跑偏開關的微動開關發(fā)出跑偏信號。 圖 跑偏開關 圖 速度傳感器 KG1007A2型膠帶防跑偏開關為本質(zhì)安全型電氣設備，使用于煤礦有瓦斯、礦塵爆炸危險的環(huán)境。它體積比較小、重量輕、密封性能好；觸點動作后還留有較大的探桿轉(zhuǎn)動緩沖角， 探桿上裝有尼龍滾動護套，避免探桿和膠帶之間的磨擦 ，使本身不易損壞，輸出開關量信號。它的轉(zhuǎn)動角度可以通過改變微調(diào)開關的位置來改變。在此設計中，我們要求跑偏信號發(fā)出傳送給 PLC，一級跑偏時發(fā)出聲光報警；二級跑偏時 PLC發(fā)出急停指令，語 音報警，同時觸摸屏故障位置指示燈亮并啟動急停報警。 KG1007A－ 2型 防跑 偏開關技術參數(shù) 如下所示： 膠帶跑偏開關型號 : KG1007A－ 2型 外殼防護等級 : IP54 觸點容量 AC380V、 DC220V， 5A，煤礦井下使用時必須和本質(zhì)安全型電路連接 探桿動作轉(zhuǎn)動最大角度 : 大于 70176。，雙向轉(zhuǎn)動 觸點動作時探桿轉(zhuǎn)動角度 : 25176。（一級） 40176。（二級） 引入電纜外徑 : 6～ 12mm,兩個出線口 重量 : 2kg 速度檢測 檢測膠帶打滑、超速和斷帶故障，均需要知道膠帶的運行速度，因此我們給每 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 條皮帶設置一個速度傳感器來檢測膠帶的速度。本設計中，我們選用常州聯(lián)力的KJ5007A 型速度傳感器，輸出頻率信號，幅值 5V，頻率 f=200V(V 為膠帶速度值 )，輸出電流信號 4～ 20mA。 其工作原理是： 帶式輸送機運行時，速度檢測傳感器由緊貼膠帶的滾輪帶動轉(zhuǎn)盤（帶有齒槽）在光電傳感器凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，光電傳感器光路通斷受齒槽控制，輸出相應的方波頻率信號，頻率信號 經(jīng)整形放大后， 再經(jīng)頻率 /電壓、電壓 /電流變換后輸出 4～ 20mA 的電流信號。 圖 速度檢測傳感器部分電路方框圖 打滑 驅(qū)動滾筒打 滑的原因是滾筒的摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡住。摩擦牽引力降低的原因是輸送帶或滾筒沾泥水、輸送帶張力下降。采用自動調(diào)整的拉緊裝置是防止驅(qū)動滾筒打滑的有效方法。滾筒持續(xù)打滑得不到糾正，則會招致輸送帶著火，引起重大火災事故。采用阻燃輸送帶，驅(qū)動滾筒持續(xù)打滑也會冒煙污染空氣。因此設置打滑保護裝置，自動監(jiān)視調(diào)整或停止。 在此設計中我們沒有選用專門的打滑檢測傳感器，是通過檢測膠帶的速度，把膠帶速度和滾筒速度做比較來實現(xiàn)的。理論上我們是將膠帶的實際運行速度與滾筒實際速度作比較，但是實際上，在滾筒速度不容易獲取的情況下 ，我們可讓膠帶實際速度與滾筒的額定轉(zhuǎn)速比較，監(jiān)測傳動滾筒和輸送帶之間的線速度之差，當檢測到輸送機速度滑差率大于或等于 8%時，立即發(fā)出聲光報警：當測得輸送機速度滑差率大于或等于 8%和運行時間大于或等于 20秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警；或當測得輸送機速度滑差率大于或等于 12%和運行時間大于或等于 5秒時使帶式輸送機與給煤機緊急停車，并發(fā)出聲光報警。 超速 當膠帶負載忽然變輕或是膠帶忽然斷帶時，膠帶運行速度會馬上升高。膠帶一般正常運行速度是 2m/s，如果速度太高，會對膠帶旁邊的礦工造成危險； 同時若膠帶旁邊有鋒銳的物體，可能會掛破膠帶，造成重大事故。同上，我們在此設計中沒有采用專門的超速傳感器，通過膠帶速度與設定值的比較，判定膠帶是否超速運行。當膠帶速度達到標準帶速的 105%時，發(fā)出聲光報警并命令皮帶緊急停車，這里標準帶速為 2m/s。 斷帶 從大量的斷帶事故分析可知，帶式輸送機斷帶原因大概有以下幾種 : 整形放大 頻率 / 電壓變換 電壓 / 電流變換 光電傳感器轉(zhuǎn)盤電壓f vf 電流輸出 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計