带式输送机张紧系统智能化与自动化的实现

闫省伟

（高河能源有限公司， 山西 长治 046000）

引言

采煤机、输送机以及液压支架作为综采工作面的三大机电设备，其运行稳定性直接决定综采工作面的开采效率和安全性。随着带式输送机朝着长距离、大运量以及大功率的方向发展，其动态特性影响着带式输送机的运行[1]。张紧装置作为带式输送机的关键部件，鉴于其载重量不断上升，出现在启动阶段对设备造成较大的冲击或在运行、制动以及停车等阶段出现张紧力余量过大或者余量不足的问题，进而导致设备功耗过大甚至输送带出现应力疲劳、拉断的事故。因此，本文旨在解决带式输送机启动时对输送带冲击较大、输送带张力反应不及的问题开展对带式输送机液压张紧装置的研究，并对其张紧特性进行仿真分析。

1 带式输送机张紧装置位置的确定

为确保带式输送机的张紧特性除了对其各零部件的性能提出要求外，其所处位置也相当重要。布置带式输送机张紧装置时需遵循如下原则：

1）张紧装置最好布置于带式输送机启动装置附近；若其布置位置确需离驱动装置较远，需为其增设相应的重锤装置；

2）张紧装置最好布置于输送带张力最小或者离滚筒松边较近的位置；

3）根据带式输送机具体工况设计对应的张紧力；

4）根据带式输送机输送带接头的预留量设计对应的拉紧行程[2]。

基于上述原则，并结合综采工作面的长度大于300且工作面坡度小于5%，将该工作面带式输送机张紧装置布置于设备驱动装置的空载一侧。张紧装置的布置位置如图1所示：

图1 张紧装置布置示意图

2 带式输送机张紧装置的结构及设计选型

2.1 张紧装置的结构组成

张紧装置的主要结构由液压系统、电气控制系统以及机械系统组成。其中，机械系统主要由绞车、拉紧小车以及滑轮等组成；电气控制系统主要由传感元器件以及电气控制箱等组成；液压系统主要由液压泵站、制动器以及蓄能器等组成。

张紧装置工作原理分析：在实际工作中，位于钢丝绳上的拉力传感器对设备输送带的张力进行采集，并将采集到结果传送至PLC控制系统与设定比较后得出相应的控制信号，并实现对张紧装置电机正转、反转以及停止等状态的控制，从而达到实现对张紧装置的拉伸与缩进[3]。

2.2 张紧装置元器件的设计选型

2.2.1 张紧装置液压系统元器件的选型

带式输送机张紧装置液压系统主要有油滤器、泵、电动机、电磁换向阀、单向阀、张紧油缸、截止阀、溢流阀、平衡阀以及马达[4]。基于经验及计算的基础上，选择如下页表1所示的选型结果。

2.2.2 张紧装置电气控制系统的设计

张紧装置电气控制系统基于PLC控制器设计的。故，PLC控制器为其核心设备。所选PLC控制器的类型为S7-200系列，为系统设计两个输入模块、一个输出模块。此外，PLC控制器配置相关元器件如下页表2所示。

表1 张紧装置液压系统关键元器件的选型

表2 电气控制系统元器件选型

3 带式输送机张紧控制系统的设计

传统带式输送机张紧系统无法根据输送带张紧力的变化而对其进行调整。为实现带式输送机张紧系统的智能化和自动化控制，本文基于PLC控制器设计智能化、自动化控制系统。张紧系统的控制原理如下：

张紧系统的张力传感器对输送带的张紧力进行实时监测，将所采集的张紧力与设定值进行比对，并结合带式输送机的实时运行状态通过控制张紧系统电机的转向，实现对带式输送机输送带的张紧或者放松。根据控制需求，可将张紧系统的控制方式分为集中控制和机旁控制。根据张紧系统智能化和自动化的需求，选择集中控制方式对张紧系统进行控制。

3.1 张紧系统的硬件设计

PLC控制器为带式输送机张紧系统的核心设备，所选型PLC控制器的型号为S7-200系列控制器[5]。根据张紧系统中电机、制动器、输送机保护信号以及张力输送信号等要求，为该PLC控制器配置如表3所示。

带式输送机张紧系统张紧力的准确采集是实现其自动化和智能化的基础。因此，本系统采用压力传感器和压力变送器相结合的方式实现对输送带张力的测量。其中，压力传感器的型号为PR6201，压力变送器的型号为BMSP-120。

3.2 张紧系统的软件设计

由带式输送机张紧系统的控制要求，其软件控制主要包括有带式输送机驱动程序、张紧力测量程序以及张紧力控制程序。其中，张紧力控制程序是实现带式输送机张紧系统自动化和智能化控制的核心。本节着重对张紧力控制程序进行设计，其控制流程如图2所示。

表3 PLC控制器模块配置

图2 张紧系统控制流程图

如图2所示，张紧系统启动后主电机和张紧电机制动闸打开并判断主电机和张紧电机是否出现故障，若出现故障则进行停车报警，若无故障则正常运行。待输送带具备正常运行的条件时，对所采集到输送带的张紧力与设定值进行比对，并根据比对结果控制张紧系统电机的转向实现对输送带的张紧和放松两个操作。

4 结论

带式输送机张紧系统是保证设备安全、稳定运行的关键系统。为进一步提升带式输送机的可靠性和稳定性，实现张紧系统的自动化和智能化控制是十分有必要的。

1）将带式输送机张紧系统布置于驱动装置空载的一侧。

2）为输送带张紧系统配置S7-200系列PLC控制器，并根据控制需求为其配置对应的数字量输入、数字量输出以及模拟量输入模块；为张紧系统配置压力传感器和压力变送器相结合的张紧力测量分系统。