【文章內(nèi)容簡介】 h 以上，它的機(jī)尾與新型（如美國久益公司生產(chǎn)的 S500E）配套，可隨工作面推移而自動快速自移，人工作業(yè)少，生產(chǎn)效率高。 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 3 表 常用皮帶輸送機(jī)技術(shù)指標(biāo) 主參數(shù) 國外 300～ 500 萬 t/a 高產(chǎn)高效礦井 順槽可伸縮帶式輸送機(jī) 大巷、斜井固定式強力皮帶輸送機(jī) 運距 /（ m） 2021～ 3000 3000 帶速 /（ m/s） ～ 4 4～ 5 （ 最高達(dá) 8） 輸送量 /（ t/h） 2500～ 3000 3000～ 4000 驅(qū)動總功率 /（ KW） 1200～ 2021 1500～ 3000 （ 最高達(dá) 6000） 國內(nèi)煤礦用皮帶輸送機(jī)的現(xiàn)狀及存在問題 80 年代末期以來 ,我國煤礦用皮帶輸送機(jī)也有了很大的發(fā)展，對皮帶輸送 機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品開發(fā)都取得了可喜的成果。輸送機(jī)產(chǎn)品系列不斷增多，從定型的 SDJ、SSJ、 STJ、 DT 等系列發(fā)展到多功能、適應(yīng)特種用途的各種帶式輸送機(jī)系列，如國家“七五”、“九五”攻關(guān)項目 —— 大傾角皮帶輸送機(jī)成套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮皮帶輸送機(jī)等填補了多項國內(nèi)空白 ,開發(fā)了大傾角、長距離輸送原煤的新型皮帶輸送機(jī)系列產(chǎn)品，并對皮帶輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和中間驅(qū)動與智能化控制等技術(shù)，研制成功了多種軟起動和制動裝置及以PLC 為核心的可編程電控裝置。隨著 我國高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，煤礦井下皮帶輸送機(jī)目前已達(dá)到表 所示的主要特征指標(biāo)。 表 煤礦井下皮帶輸送機(jī)主要指標(biāo) 主參數(shù) 可伸縮帶式輸送機(jī) 大巷與斜井固定式強離帶式輸送機(jī) 運距 /(m) 1000～ 2021 1000～ 4000 帶速 /(m/s) ～ 3 ～ 4 輸送量 /(t/h) 800～ 1800 1000～ 2021 驅(qū)動總功率 /(kw) 250～ 750 750～ 1500 與國外相比 ,其機(jī)型一般都偏小，特別是帶速通常均不超過 4m/s，對高帶速輸送機(jī)及其動態(tài)設(shè)計與計算機(jī)監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)問題 缺乏實踐經(jīng)驗，由于帶速普遍較低 ,許多設(shè)計單位仍延用以往的靜態(tài)設(shè)計法，用加大輸送帶安全系數(shù)的方法來提高設(shè)計的可靠性，其結(jié)果不僅增大了設(shè)備成本，而且降低了設(shè)備運行的可靠性。此外，我國輸送機(jī)制造企業(yè)追求小而全模式，未能象國外一樣形成大規(guī)模的元部件專業(yè)生產(chǎn)廠或加工中心，致使元部件設(shè)計與制造水平得不到有效提高。如德國 DBT 公司專業(yè)研制的自移機(jī)尾，設(shè)備性能好，自動化程度高，安全可靠，在市場上占有率很高，我國已引進(jìn)了幾十臺，與高產(chǎn)高效工作面配套使用。 皮帶輸送機(jī)運行中的問題與維護(hù) 皮帶輸送機(jī)運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)輸 送帶跑偏、斷裂、驅(qū)動滾筒打滑等問題，不僅影響輸送機(jī)的正常運行，降低生產(chǎn)效率，縮短使用壽命，嚴(yán)重時還會造成安全事故。 （ 1）輸送帶跑偏故障 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 4 輸送機(jī)在運行過程中 ,由于輸送帶受力不均，使輸送帶向受力小的一方移動，引起跑偏。輸送帶在任何位置都可能發(fā)生跑偏，造成其邊緣早期破損、撒料和托輥、滾筒、機(jī)架、設(shè)備等損壞，降低了輸送機(jī)的使用壽命，而且會出現(xiàn)輸送帶撕裂等突發(fā)性事故，使輸送帶早期失效，造成經(jīng)濟(jì)損失。 皮帶輸送機(jī)跑偏和調(diào)整的規(guī)律： ①“跑緊不跑松”：皮帶輸送機(jī)運行過程中，如果前、后滾筒不平行，造成輸送帶兩側(cè)的松緊程度 不一致，則輸送帶向緊的一邊偏移； ②“跑高不跑低”：支承托輥不在與輸送帶運行方向平行的同一個水平位置上，而是一頭高，一頭低，則輸送帶向高的一端偏移； ③“跑后不跑前”：托輥不在與輸送帶運行方向垂直的截面上，而是一端前，一端后，則輸送帶向后的一端偏移。 根據(jù)輸送帶跑偏的具體情況，具體的調(diào)整方法有： 調(diào)偏托輥法：一般適用于皮帶輸送機(jī)跑偏范圍不太大，用槽型調(diào)偏托輥自動調(diào)整，利用輸送帶“跑后不跑前”規(guī)律調(diào)整，當(dāng)輸送帶跑偏時，碰到槽型調(diào)偏托輥上的小擋輥，因擋輥與輸送帶邊緣的摩擦作用而沿皮帶運行方向向前移動，另一側(cè)向后 移動，此時輸送帶朝后轉(zhuǎn)的擋輥側(cè)移動，直到回到正常位置。 立輥調(diào)偏法：如果輸送帶運行時總向一邊跑偏，可在輸送帶跑偏側(cè)將托輥豎直安裝。一方面由于立輥的作用力使輸送帶強行復(fù)位，另一方面由于立輥與輸送帶的摩擦作用，降低了輸送帶跑偏側(cè)的線速度，相對地增加了輸送帶另一側(cè)的線速度直至輸送帶復(fù)位。 重力調(diào)偏法：如輸送帶重負(fù)荷運行跑偏，可將輸送帶跑偏側(cè)的滾筒和托輥支架適當(dāng)加高，使輸送帶上的物料自重產(chǎn)生一個防止輸送帶跑偏的分力，直到輸送帶回到正常位置。 墊高調(diào)偏法：如果輸送帶空轉(zhuǎn)總向某一側(cè)跑偏，利用“跑高不跑低”規(guī)律調(diào)整，可將 相對跑偏的另一側(cè)的托輥支架適當(dāng)墊高，前后墊高的數(shù)值以第一個墊起的托輥為準(zhǔn)，緩慢減少墊高，輸送帶的跑偏就會自然消失。 托輥清潔法：如輸送帶運行在某一固定點上而且固定不變，就要求檢查該點的托輥是否停轉(zhuǎn)，粘泥使?jié)L筒直徑變大或異徑、托輥脫落等故障，根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。 調(diào)整裝置法：如果輸送帶左右跑偏，無固定方向，說明輸送帶松馳，應(yīng)調(diào)整拉緊裝置、繃緊輸送帶，跑偏現(xiàn)象自然消失。 窄輸送帶調(diào)偏法：如果輸送帶運行在機(jī)頭或機(jī)尾處跑偏，應(yīng)先調(diào)整頭、尾滾筒的平行度誤差后，在機(jī)頭或機(jī)尾跑偏的另一側(cè)，用 2021 200 的窄輸 送帶夾入滾筒并與之一基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 5 起旋轉(zhuǎn)，根據(jù)圓周運動學(xué)公式可知，滾筒處輸送帶線速度為 V=wR，公式中 w 為滾筒旋轉(zhuǎn)角速度， R 為滾筒半徑，因此跑偏的輸送帶不僅線速度小于另一側(cè)，而且跑偏側(cè)的輸送帶松于另一側(cè)，輸送帶就會向較緊的一側(cè)偏移，直到達(dá)到正常位置，然后取出窄輸送帶，帶式輸送機(jī)運轉(zhuǎn)正常。 滾筒調(diào)偏法：如果輸送帶運轉(zhuǎn)在滾筒處跑偏，說明滾筒轉(zhuǎn)動有水平竄動，有粘料使?jié)L筒外徑變大或異徑，或存在安裝誤差，應(yīng)根據(jù)情況校正前后滾筒的水平度和平行度，跑偏就會消失。 阻力消除法：如果輸送帶跑偏不太嚴(yán)重，應(yīng)把輸送帶跑偏側(cè)的托輥清掃干凈，并在托輥軸承上滴幾滴機(jī)械油，減少托輥轉(zhuǎn)動的摩擦阻力，使托輥轉(zhuǎn)動的角速度加快，即可消除跑偏。 料流校正法：如果輸送帶空載不跑偏，重負(fù)荷運轉(zhuǎn)跑偏，說明物料在輸送帶上分布不均勻，進(jìn)料溜子不正，應(yīng)校正進(jìn)料溜子或安裝導(dǎo)料板，改變落料位置，以達(dá)到調(diào)整料流方向，使輸送帶兩邊的物料分布均勻一致。 接頭校正法：如果輸送帶運行總是向一邊跑偏、最大跑偏恰在接頭處，而且跑偏位置不定。說明輸送帶接頭不正，應(yīng)重新校正接頭或膠接新接頭。 支架校正法：如輸送帶運行時向同一側(cè)跑偏、并在同一位置較嚴(yán)重、說明托輥支架或機(jī)架扭曲不正，應(yīng)校正支架或機(jī)架 的水平度和垂直度，更換扭曲嚴(yán)重的支架或機(jī)架。 輸送帶修補法：如果輸送帶邊緣嚴(yán)重磨損，使輸送帶兩邊拉力不一致，輸送帶跑偏位置不固定，應(yīng)根據(jù)實際情況及時修補或更新。 托輥調(diào)偏法：如輸送帶空載總向一邊跑偏，可在輸送帶跑偏側(cè)中心位置將一組托輥支架與機(jī)架聯(lián)接的四個固定螺栓卸掉三個，留下一個當(dāng)軸，當(dāng)輸送帶向人所站立的一側(cè)跑偏時，可將支架沿輸送帶運行方向向前移動適當(dāng)角度再固定。反之，當(dāng)輸送帶朝另一側(cè)跑偏時，可將支架送輸送帶運行方向移動適當(dāng)角度再固定，輸送帶跑偏現(xiàn)象就會自然消失。 拉緊裝置法：如果輸送帶空載或重載運行時，都 向同一側(cè)跑偏，說明輸送帶兩側(cè)松緊程度不一致，根據(jù)“跑緊不跑松”的規(guī)律調(diào)整前后滾筒處的絲桿或配重等拉緊裝置，輸送帶將會復(fù)位正常運轉(zhuǎn)。 （ 2） 輸送帶的斷裂問題 當(dāng)輸送帶受到尖物劃傷、接口處強度不夠或被掀開、輸送機(jī)被卡住、過負(fù)荷運行 ,都會出現(xiàn)輸送帶斷裂，主要有如下一些情況： ①輸送帶本身存在的問題選型設(shè)計時計算錯誤或選型錯誤，使所選輸送帶不能滿足正常運行時的工作張力；輸送帶質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計要求，許用荷載低于選型的數(shù)值；輸送基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 6 帶太松。解決辦法是在設(shè)計和使用時，保證輸送帶的強度和可靠性，并留有一定的富裕量；防止超載或受到 大的沖擊 。保證帶的下垂度，防止卡殼。 ②鋼絲繩輸送帶縱向割裂鋼繩芯輸送帶在運行中，如被尖刃物卡住后繼續(xù)運行，輸送帶將被縱向割裂 (目前鋼繩芯輸送帶，芯體兩鋼繩之間的強度較弱 )。解決辦法是，在裝料點裝設(shè)縱向割裂保護(hù)裝置。 ③輸送帶接頭質(zhì)量輸送帶接頭質(zhì)量不好也容易造成斷帶 ,如機(jī)械法連接，操作時輸送帶的切口與帶中心線不垂直 ,使接件歪斜，造成沿寬度方向受力不勻 ,運行時拉豁輸送帶 。硫化法連接時，階梯接頭搭接的方向不正確，在運行時清掃刮板或犁式卸料器刮碰接頭茬口，將接口掀開；接頭所用材料性能不能滿足要求等。解決這類斷裂有 效的方法是采用正確的接頭方式 ,選用質(zhì)量好的材料，保證輸送帶接頭的質(zhì)量，并經(jīng)常檢查輸送帶接頭部位，發(fā)現(xiàn)有異常情況及時修補或更換輸送帶。 （ 3）驅(qū)動滾筒打滑現(xiàn)象的處理 驅(qū)動滾筒打滑在輸送機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，由于滾筒摩擦牽引力降低、超載或帶子被卡死 ,經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動滾筒打滑的現(xiàn)象，滾筒打滑如持續(xù)得不到糾正，不僅會降低運輸能力，影響生產(chǎn)，還可能因摩擦生熱造成輸送帶著火，引發(fā)重大安全事故。即使采用阻燃帶，驅(qū)動滾筒持續(xù)打滑也要冒煙污染空氣。 對輸送帶與滾筒在相遇點上需要的張力超過該點處最大張力，滾筒上的摩擦力不夠造成的打滑。解決 方法是采用增大分離點張力、增大摩擦系數(shù)、增加圍包角來達(dá)到增加摩擦力。 ①增大摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)對所能傳遞的牽引力有很大影響，有效控制影響摩擦系數(shù)的因素，對于防止打滑有明顯效果。決定摩擦系數(shù)的因素主要有輸送帶與滾筒接觸面的材料、表面狀態(tài)以及工作條件，對于功率大的帶式輸送機(jī) ,還要考慮比壓、輸送帶覆蓋膠和滾筒包覆層的硬度、滑動速度、接觸面溫度等。 ②增加圍包角對單滾筒驅(qū)動，圍包角只能取 20212300，雙滾筒驅(qū)動可達(dá) 45004800，增加圍包角的方式主要有五種。 ③增大分離點張力 輸送機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生由于輸 送帶太松 ,張力不夠而引起打滑。解決辦法是選擇合適的拉緊裝置，加大輸送帶的拉緊力，以增加輸送帶在驅(qū)動滾筒分離點的張力。 在輸送機(jī)運行中，克服了跑偏、斷裂和打滑這幾種情況，就能更充分地發(fā)揮輸送機(jī)的優(yōu)越性，這不但有利于安全生產(chǎn)，而且能夠取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 7 第 2 章 可編程序控制器的概況 PLC 的概念及發(fā)展 現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器正是順應(yīng)這 一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 可編程序控制器（ Programmable Controller）本來應(yīng)簡稱 PC，為了與個人計算機(jī)（ Personal Computer）的簡稱 PC 相區(qū)別，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡稱為 PLC（ Programmable Logic Controller）。 可編程序控制器的歷史 可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)又很大的關(guān)系。繼電器已有上百年的歷史，它是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)。在復(fù)雜的 繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會花費大量時間，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。 1968 年，美國最大的汽車制造廠家 —— 通用汽車公司（ GM）提出了研制可編程序控制器的基本設(shè)想，即： （ 1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； （ 2）維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； （ 3）可靠性高于繼電器控制柜； （ 4）體積小于繼電器控制柜； （ 5）成本可與繼電器控制柜競爭； （ 6）可將數(shù)據(jù)直接送入計算機(jī)； （ 7）可直接使用 115V 交流輸入電壓； （ 8）輸出采用 115V 交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等負(fù)載； （ 9）通用性強，擴(kuò) 展方便； （ 10）能存儲程序，存儲器容量可擴(kuò)展到 4KB。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器。 70 年代初期出現(xiàn)了微處理器，它的體積小、功能強、價格便宜，很快被用于可編程序控制器，使它的功能增強、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。可編程序控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、運動控制、模擬量 PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 8 應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè) 、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 可編程序控制器的特點 （ 1）編程方法簡單易學(xué) 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編程用戶程序。 （ 2）功能強，性能價格比高 一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個內(nèi)部繼電器、幾十到幾百個定時器和計數(shù)器、幾十個特殊用途繼電器，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。一臺可編程序控制器可以同時控制幾臺設(shè)備，也可以通過聯(lián) 網(wǎng)通信，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 （ 3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 可編程程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊坛绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般有接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強的待負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和接觸器。 （ 4）無接觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強 可編程序控制器用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下和與輸入和輸出有關(guān)的少量接線，一般為繼電器控制 系統(tǒng)接線的十分之一到百分之一，因觸點接觸不良造成的故障減少了許多。 可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，如濾波、隔離、屏蔽、自診斷、自恢復(fù)等，使之具有很強的抗干擾能力。 （ 5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 可編程序控制器用軟件功能代替了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線的工作量大大減少。 可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，輸出信號的狀態(tài)可以觀察可編程序控制器上有關(guān)的發(fā)光二極管，調(diào)試好后再將可編程序控制器安裝 在現(xiàn)場統(tǒng)調(diào)。 （ 6）維修工作量小，維修方便 可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。 基于 PLC 的熱電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計 9 （ 7）體積小，能耗低 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，而可編程序控制器的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。 可編程序控制器的硬件及工作原理 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖 ）。 圖 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 [2] （ 1） CPU 模塊 CPU 模塊主要由微處理器（ CPU 芯片）和存儲器組成。在可編程序控制系統(tǒng)中，CPU 模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存和數(shù)據(jù)。 （ 2） I/O 模塊 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡稱為 I/O 模塊， 它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速