德興銅礦富家塢運(yùn)輸機(jī)張緊系統(tǒng)改造

胡 俊

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

德興銅礦是江西銅業(yè)集團(tuán)股份有限公司的主干礦山，目前日處理能力為10萬t/d礦石。2011年伴隨著擴(kuò)能改造項(xiàng)目半自磨的投產(chǎn)，富家塢粗碎站平均處理量為4.5萬t/d，富家塢系統(tǒng)主要由旋回破碎機(jī)、鐵板給礦、鋼芯膠帶3大部分組成，其中鋼芯膠帶有2010m長，運(yùn)行速率為4.5m/s，由頭部三臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，尾部一套張緊系統(tǒng)控制。

2 改造前的張緊系統(tǒng)狀況

自2007年富家塢投產(chǎn)以來，這套張緊系統(tǒng)運(yùn)行已有6年時(shí)間，由美國廠家設(shè)計(jì)，設(shè)備由國外進(jìn)口，張緊小車作為運(yùn)輸膠帶尾輪張緊。原有皮帶絞車張緊小車是利用一臺(tái)55KW滑差電機(jī)進(jìn)行拉力調(diào)整。簡稱:渦流絞車控制。當(dāng)運(yùn)輸膠帶變小時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)拉緊膠帶。放松時(shí)，依靠運(yùn)輸膠帶自身的力反作用，并在制動(dòng)器打開的情況下運(yùn)輸膠帶向運(yùn)行方向放松。運(yùn)輸膠帶過緊或過松，都會(huì)影響膠帶使用壽命，影響設(shè)備正常開機(jī)。該渦流絞車在運(yùn)行中，陸續(xù)出現(xiàn)不少問題，集中表現(xiàn)為:

(1)多次出現(xiàn)“系統(tǒng)急停故障”，張緊小車張力大于80KN，甚至出現(xiàn)星點(diǎn)(＊＊＊)。需要人工將小車調(diào)至正常位，才能復(fù)位、開機(jī)。

(2)小車張力在停機(jī)、靜止?fàn)顟B(tài)下，張力會(huì)逐漸變大。三、四小時(shí)可以從60KN變到95KN。一個(gè)班次未開設(shè)備，待下一個(gè)班開機(jī)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)張力過大，出現(xiàn)“系統(tǒng)急停故障”。

(3)皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)時(shí)，小車制動(dòng)器打開，張力會(huì)突然從60KN下降至35KN，又突然拉起。一旦控制不好，就造成張緊小車來回波動(dòng)，出現(xiàn)迂回震蕩現(xiàn)象。造成過張力或低張力跳機(jī)。皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)困難。

(4)皮帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)拉力與膠帶張力達(dá)到平衡，電機(jī)不能及時(shí)停下，投入時(shí)間長，電機(jī)溫度高 (勵(lì)磁部件高達(dá)200℃)。電機(jī)勵(lì)磁繞組損壞。

(5)張緊控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，勵(lì)磁控制器MC6時(shí)好時(shí)壞。皮帶運(yùn)輸機(jī)無法正常啟動(dòng)。

由于富家塢渦流絞車?yán)o控制在設(shè)計(jì)理念上與實(shí)際應(yīng)用存在較大反差，突發(fā)問題較多，尤其是軟故障多，造成皮帶運(yùn)輸機(jī)不能正常工作。如:冬天、夏季控制油質(zhì)粘度受環(huán)境影響，導(dǎo)致控制超前或滯后。以及PID參數(shù)不適應(yīng)氣節(jié)變化，都會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。這套設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)無法正常運(yùn)行，到了非換不可。

3 張緊系統(tǒng)改造方案對比

3.1 使用絞車正反轉(zhuǎn)控制張緊小車

采用絞車正反轉(zhuǎn)控制，即利用一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)卷揚(yáng)，向前向后方向運(yùn)動(dòng)來控制張力的大小。通過張力比較器進(jìn)行張力的來回比較，反饋、輸出，其電氣控制方面存在:控制復(fù)雜，準(zhǔn)備時(shí)間長，投資大。

3.2 使用液壓控制張緊小車

采用液壓控制，其電氣控制方面優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡單、投資小。蓄能灌作為液壓缸保壓裝置。尾輪小車受液壓缸拉動(dòng)，使得變化中的膠帶張力快速伸縮，達(dá)到平衡，及時(shí)補(bǔ)償輸送帶的張力及彈性振蕩，因而達(dá)到張力平穩(wěn)。通過對液壓拉緊裝置的考察和對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況的了解，認(rèn)為無論是從技術(shù)上，還是操作、施工上，該液壓拉緊方案都較為可行的。

通過2個(gè)方案的綜合對比，決定采用方案2

4 液壓張緊系統(tǒng)原理

根據(jù)輸送機(jī)的要求，通過人機(jī)界面設(shè)定好起動(dòng)張緊力、運(yùn)行張緊力和控制精度等參數(shù);收到輸送機(jī)起動(dòng)主控信號(hào)，液壓泵2運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力油通過液控單向閥6進(jìn)入油缸16的活塞桿腔;系統(tǒng)壓力升高，油缸收縮，張緊膠帶;當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到起動(dòng)張緊力所對應(yīng)的壓力時(shí)，液壓泵停止供油，輸送機(jī)起動(dòng);輸送機(jī)起動(dòng)完畢后，通過由控制軟件、溢流閥、壓力傳感器組成的閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)，配合蓄能器將系統(tǒng)壓力按控制軟件設(shè)定的張緊力變化規(guī)律柔性地降低到運(yùn)行張緊力［1］。在運(yùn)行過程中，依靠儲(chǔ)能器作恒張力控制。若儲(chǔ)能器壓力不能應(yīng)對膠帶張緊力變化，張力超出誤差允許范圍，則由控制軟件指令控制液壓泵2進(jìn)行補(bǔ)液保壓(欠張緊力情況)或控制電磁閥12、溢流閥13按軟件設(shè)定的泄壓規(guī)律進(jìn)行泄壓(超張緊力情況)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)恒張緊力［2］。

圖1 膠帶自控液壓拉緊站液壓系統(tǒng)圖［3］

5 液壓張緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓張緊系統(tǒng)主要由工控機(jī)、PLC及其擴(kuò)展模塊組成，硬件總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)采用工控機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，現(xiàn)場以可編程序控制器作為下位機(jī)完成信號(hào)的采集控制。

圖2 液壓系統(tǒng)硬件總體框圖

5.1 PLC選型

系統(tǒng)下位機(jī)選用西門子CPU224CN、輸入輸出模塊6ES7 214-1BD23-0XB8和模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231CN構(gòu)成PLC系統(tǒng)［4］。

5.2 軟件設(shè)計(jì)

5.2.1 PLC程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用西門子STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件，該語言可提供語句表STL、梯形圖LAD、以及功能塊FBD三種編程器和SIMATIC或IEC1131-3指令集，具有數(shù)據(jù)類型檢查、在線調(diào)試及監(jiān)控程序等功能［5］。

圖3 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖

5.2.2 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件基于西門子WINCC7.0編程，上位機(jī)WINCC7.0和液壓張緊S7-200直接進(jìn)行通信連接［6］。具有完備的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測及顯示，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)顯示液壓系統(tǒng)油壓、膠帶張緊力、故障報(bào)警及參數(shù)調(diào)整等，以保證設(shè)備的運(yùn)行可靠性及方便設(shè)備檢修、維護(hù)。

圖4 液壓拉緊系統(tǒng)主界面

6 結(jié)語

液壓張緊系統(tǒng)改造完成后，經(jīng)過幾個(gè)月來的生產(chǎn)運(yùn)行，證明，該系統(tǒng)選用的S7-200 PLC和相關(guān)設(shè)備能滿足現(xiàn)場控制要求，實(shí)現(xiàn)了對膠帶張力變化的優(yōu)化控制。該張緊系統(tǒng)運(yùn)行正常，未引起鋼芯膠帶故障停機(jī)，取得了良好的效果。

［1］徐曉丹，劉紅艷.輸送機(jī)用PLC控制液壓拉緊裝置［J］.液壓與氣動(dòng)，2010(2):76-79.

［2］王建升，楊寅威，黃嘉興，等.AHD型帶式輸送機(jī)全自動(dòng)液壓張緊裝置［J］.礦山機(jī)械，2007(2):56-58.

［3］董鵬.PLC在帶式輸送機(jī)張緊裝置中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)電，2009(2):105-106.

［4］薛巖，杜潤宏，張玲，等.電氣控制與PLC技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010，7:403-405.

［5］周美蘭，周封，王躍宇，等.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)［M］.北京:科學(xué)出版社，2003:19-21.

［6］廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:126-128.