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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