皮帶機(jī)回程保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉曉光

摘 要 皮帶機(jī)作為高效的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，在港口、礦場(chǎng)以及電廠都是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少，因此其保護(hù)裝置近些年也在逐步完善和提高，但截至目前尚無(wú)專門對(duì)皮帶機(jī)回程皮帶異物進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)用。對(duì)此黃驊港在結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的回程異物情況，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了回程異物檢查裝置，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的成效。

關(guān)鍵詞 皮帶機(jī)；回程皮帶；保護(hù)裝置

中圖分類號(hào)：TH222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0017-03

皮帶輸送機(jī)組在現(xiàn)代的港口和工業(yè)部門中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它具有輸送效率高的明顯特點(diǎn)，為大宗散裝物料的輸送提供了一種十分有效的手段。黃驊港作為全國(guó)第二大煤炭輸出港，皮帶機(jī)有著大量的應(yīng)用，全長(zhǎng)超過(guò)100千米，因此皮帶機(jī)列為生產(chǎn)保障的重要設(shè)備，各類保護(hù)裝置均已安裝，但是在一些特殊的工況下，由于工作條件和被運(yùn)物料的原因，時(shí)常發(fā)生皮帶的堵料和撕裂故障。雖然皮帶機(jī)堵料或撕裂故障均有相應(yīng)的檢測(cè)開關(guān)，但因現(xiàn)場(chǎng)故障情況多樣，原有形式單一的堵料或撕裂開關(guān)的保護(hù)效果并不令人滿意。同時(shí)當(dāng)堵料或撕裂故障發(fā)生時(shí)，常伴隨著皮帶機(jī)回程皮帶存煤載煤的現(xiàn)象出現(xiàn)，而回程皮帶載煤（或異物）輕則造成輸送過(guò)程的不順暢，重則引起設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

因此，鑒于上述故障發(fā)生時(shí)所伴隨的回程皮帶存煤載煤現(xiàn)象，可以通過(guò)檢測(cè)回程皮帶的異物情況，來(lái)判斷皮帶機(jī)是否發(fā)生了堵料或撕裂故障，避免異物對(duì)滾筒及皮帶造成傷害，使之成為彌補(bǔ)原有保護(hù)開關(guān)檢測(cè)效果不足、提升設(shè)備運(yùn)行安全系數(shù)的有效途徑之一。

1 皮帶機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 皮帶機(jī)一般結(jié)構(gòu)

皮帶機(jī)是帶式輸送機(jī)的簡(jiǎn)稱，有固定式和移動(dòng)式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。以撓性輸送帶作物料承載和牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械。一條無(wú)端的輸送帶環(huán)繞驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒。兩滾筒之間的上下分支各以若干托輥支承。物料置于上分支上，利用驅(qū)動(dòng)滾筒與帶之間的摩擦力曳引輸送帶和物料運(yùn)行。適用于水平和傾斜方向輸送散粒物料和成件物品，也可用于進(jìn)行一定工藝操作的流水作業(yè)線。黃驊港皮帶輸送機(jī)基本上是固定式，主要運(yùn)送物料為煤炭，主要由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、承載托輥、回程托輥、緊張裝置、清掃器等零部件組成。一般的電氣保護(hù)和控制裝置主要有：雙向拉繩開關(guān)、兩級(jí)跑偏開關(guān)、皮帶打滑檢測(cè)、皮帶防撕裂檢測(cè)、料流檢測(cè)、堵料檢測(cè)等，回程一般只有跑偏開關(guān)。

皮帶輸送機(jī)如圖1。

圖1

1.2 皮帶機(jī)常見保護(hù)裝置

皮帶機(jī)輸送綜合保護(hù)控制裝置主要是指打滑開關(guān)、拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、撕裂開關(guān)、料流開關(guān)、堵料開關(guān)以及料位開關(guān)和料位計(jì)等，它們主要用于皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)報(bào)警、緊急停機(jī)以及聯(lián)所控制等。

1）打滑開關(guān)。當(dāng)皮帶、驅(qū)動(dòng)滾筒表面有油污、水，致使皮帶張力不足時(shí)，皮帶便會(huì)在驅(qū)動(dòng)滾筒上打滑，出現(xiàn)這種情況，不僅會(huì)加快皮帶滾筒的磨損，更嚴(yán)重的是會(huì)在皮帶機(jī)的受料處發(fā)生堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)甚至溢煤現(xiàn)象，給正常工作帶來(lái)嚴(yán)重隱患。因此，一般在皮帶機(jī)上均設(shè)有皮帶速度檢測(cè)開關(guān)，以便及時(shí)檢測(cè)出皮帶打滑，并停止皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）堵料保護(hù)。在使用皮帶機(jī)輸送物料時(shí)，會(huì)因物料過(guò)大、物料粘黏經(jīng)常會(huì)發(fā)生漏斗堵塞現(xiàn)象，漏斗堵塞不僅會(huì)是煤炭溢出漏斗，而且還會(huì)將頭部漏斗埋入，增加了皮帶機(jī)的負(fù)荷，損壞了皮帶機(jī)的部件。為了避免這類故障的發(fā)生，除了控制輸送物料的質(zhì)量、搞好漏斗的日常檢修清理外，最主要的是設(shè)置漏斗堵塞檢測(cè)裝置?，F(xiàn)堵塞開關(guān)多為接近開關(guān)，通過(guò)安裝在漏斗側(cè)壁處，在發(fā)生堵料時(shí)以檢測(cè)擋板位移觸發(fā)信號(hào)。

3）跑偏保護(hù)。跑偏開關(guān)是用于檢測(cè)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中輸送帶跑偏程度并進(jìn)行報(bào)警的一種保護(hù)裝置，也用于在皮帶嚴(yán)重跑偏時(shí)自動(dòng)觸發(fā)緊急停機(jī)。目前廣泛應(yīng)用的跑偏開關(guān)一般為無(wú)源機(jī)械式兩級(jí)跑偏開關(guān)。跑偏開關(guān)按照一定間隔（約50 m）固定安裝于帶式輸送機(jī)兩側(cè)支架上，跑偏開關(guān)的滾輪部分在受到偏離中心運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送帶的邊沿?cái)D壓后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)滾輪偏轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)觸發(fā)開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作。

4）為便于皮帶機(jī)沿線的巡視人員在發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)故障時(shí)及時(shí)停車，一般皮帶機(jī)系統(tǒng)還在皮帶兩側(cè)裝有皮帶機(jī)拉繩開關(guān)，同時(shí)在皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)站一般設(shè)有急停開關(guān)等。

2 回程檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

回程皮帶表面理論上是無(wú)異物的，但是清掃器等皮帶清掃裝置存在失效的可能，造成回程帶料；或因承載皮帶出現(xiàn)過(guò)載、皮帶撕裂等情況，導(dǎo)致異物灑落至回程皮帶面。這些異物在皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)堆積到滾筒造成皮帶、滾筒的損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致大面積皮帶或滾筒整體損壞，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此回程上加裝異物檢測(cè)裝置十分必要，能夠達(dá)到完善皮帶機(jī)系統(tǒng)保護(hù)的目的，既是回程皮帶、滾筒的保護(hù)裝置又是皮帶撕裂保護(hù)的第二道防線。

2.2 功能定位

黃驊港皮帶機(jī)以運(yùn)輸煤炭為主，基本上為固定式，兩側(cè)均配有人行走道，方便巡視人員以及清煤人員通行，在運(yùn)行過(guò)程中因煤炭中雜質(zhì)較多以及煤種較雜含水率差異較大，多發(fā)的故障為堵料、跑偏以及撕裂。因此回程異物檢測(cè)裝置首要的功能定位是作為撕裂保護(hù)裝置的延伸，檢測(cè)輸送帶是否發(fā)生了堵料、撕裂等故障；其次是作為回程清掃裝置的有益補(bǔ)充，有煤炭或雜物帶至回程，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行清理，避免異物對(duì)滾筒及皮帶造成嚴(yán)重傷害；第三，鑒于黃驊港自動(dòng)化程度較高，裝置運(yùn)行過(guò)程不需人員操作，同時(shí)后期維護(hù)量要最低。第四，此檢測(cè)裝置應(yīng)與現(xiàn)有控制系統(tǒng)融為一體，能夠自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警。

2.3 保護(hù)裝置通用的標(biāo)準(zhǔn)

皮帶機(jī)的綜合保護(hù)裝置是在設(shè)備功能結(jié)構(gòu)中或機(jī)械結(jié)構(gòu)外設(shè)置的保證人機(jī)系統(tǒng)安全的裝置，是在設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮和完成的設(shè)備組成部分，以便給企業(yè)生產(chǎn)、操作檢查人員安全可靠的設(shè)備。皮帶機(jī)綜合保護(hù)裝置作為設(shè)備本質(zhì)安全的技術(shù)措施，要實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)作用，必須滿足如下基本要求。

1）保護(hù)裝置自身及其工作性能必須可靠。有足夠的可靠性是保護(hù)裝置的最基本要求，其中一是質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性等；二是保護(hù)裝置或系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備自我檢查或者失效報(bào)錯(cuò)功能。endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機(jī)一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動(dòng)范圍，因此要采用對(duì)人體無(wú)害、對(duì)環(huán)境無(wú)害的設(shè)備實(shí)施。

3）保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝布局合理、操作、使用方便。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置需要人員維護(hù)，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時(shí)便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。

3 回程檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備選用

檢測(cè)異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測(cè)量距離、測(cè)量物體、測(cè)量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實(shí)際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測(cè)距離至少為2米。

2）需要檢測(cè)的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿海空氣潮濕，同時(shí)露天安裝要保證傳感器防護(hù)等級(jí)不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)控制。

通過(guò)借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計(jì)的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測(cè)范圍，在設(shè)定的檢測(cè)范圍內(nèi)檢測(cè)物體，關(guān)斷點(diǎn)以外的物體將被忽略；②檢測(cè)關(guān)斷點(diǎn)從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來(lái)快速校驗(yàn)所有設(shè)定；④IP等級(jí)為67；⑤輸出為開關(guān)量信號(hào)。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)方案

沿皮帶機(jī)間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測(cè)各自的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機(jī)的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機(jī)的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對(duì)應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說(shuō)明沒(méi)有異物擋住反射光，判斷沒(méi)有異物通過(guò)，為正常情況，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)有較大異物通過(guò)光電傳感器的檢測(cè)區(qū)域時(shí)，使得多個(gè)光電傳感器未接收到反射光，則說(shuō)明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過(guò)，輸出檢測(cè)信號(hào)給控制器，由控制器根據(jù)來(lái)自多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷皮帶機(jī)故障，從而控制停止皮帶機(jī)的運(yùn)行，避免了較大異物對(duì)滾筒和皮帶造成的嚴(yán)重傷害，提升了皮帶機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)，同時(shí)由于控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才進(jìn)行停機(jī)操作，也避免了較小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

皮帶機(jī)回程皮帶異物檢測(cè)設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號(hào)反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機(jī)一側(cè)；③傳感器，用于檢測(cè)皮帶異物情況，并在檢測(cè)到異物的情況下輸出檢測(cè)信號(hào)；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)信號(hào)判斷皮帶機(jī)是否故障，并輸出皮帶機(jī)停機(jī)指令；⑤報(bào)警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機(jī)停機(jī)指令執(zhí)行報(bào)警動(dòng)作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)定，為了保證對(duì)異物的檢測(cè)，經(jīng)測(cè)試安裝在高于皮帶機(jī)皮帶3 cm的位置較為合理。

同時(shí)為了保證較大異物的檢測(cè)且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個(gè)，且多個(gè)光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才會(huì)判斷皮帶機(jī)故障，避免了小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計(jì)方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機(jī)的控制方式，利用皮帶機(jī)原有PLC，將回程檢測(cè)裝置的數(shù)字量信號(hào)，接入皮帶機(jī)PLC數(shù)字量輸入模塊，通過(guò)PLC編程，將信號(hào)點(diǎn)與故障報(bào)警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測(cè)開始；檢測(cè)：采集三個(gè)光電傳感器檢測(cè)值；判定：依據(jù)采集信息進(jìn)行判斷，如三個(gè)光電傳感器檢測(cè)開關(guān)均動(dòng)作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報(bào)警信息，同時(shí)向執(zhí)行模塊發(fā)出停機(jī)指令，正常狀態(tài)則返回檢測(cè)狀態(tài)。

檢測(cè)設(shè)備啟動(dòng)后，多個(gè)光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機(jī)另一側(cè)對(duì)應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來(lái)判斷皮帶機(jī)上是否有異物通過(guò)，此時(shí)有三種情況：①如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來(lái)自光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制器判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；②如果多個(gè)光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說(shuō)明有較小異物通過(guò)，則僅部分收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器仍判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；③如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說(shuō)明有較大異物通過(guò)，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器由此判斷皮帶機(jī)故障，控制皮帶機(jī)停機(jī)，并進(jìn)行報(bào)警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實(shí)際需求，同時(shí)充分的考慮了設(shè)備的通用性，進(jìn)一步完善了皮帶機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

1）檢測(cè)效果穩(wěn)定可靠。3個(gè)開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時(shí)動(dòng)作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動(dòng)作。

2）檢測(cè)覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過(guò)廣度的設(shè)置，降低了漏檢機(jī)率，從而有效提高了該保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護(hù)的效果?；爻唐У臋z測(cè)對(duì)于取料機(jī)上料過(guò)量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機(jī)房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測(cè)，在實(shí)現(xiàn)堵料保護(hù)功能的同時(shí)，提升整體設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

4）實(shí)現(xiàn)了撕裂檢測(cè)的有效補(bǔ)充。對(duì)皮帶機(jī)橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測(cè)成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測(cè)信號(hào)為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機(jī)控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡(jiǎn)單，安裝方便。光電傳感器使用維護(hù)簡(jiǎn)單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無(wú)需專人維護(hù)。同時(shí)多組傳感器的布置，可通過(guò)程序?qū)Ρ茸詸z，信號(hào)與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點(diǎn)設(shè)備檢查，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實(shí)際應(yīng)用

回程異物檢測(cè)裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機(jī)進(jìn)行了測(cè)試安裝。裝置安裝在皮帶機(jī)尾部，位于皮帶機(jī)漏斗后方。安裝以來(lái)，多次檢測(cè)出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，對(duì)下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時(shí)對(duì)其他行業(yè)皮帶機(jī)保護(hù)系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]韓志工、李冠堅(jiān).皮帶機(jī)輸送綜合保護(hù)控制裝置的設(shè)計(jì)[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機(jī)安全保護(hù)裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機(jī)一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動(dòng)范圍，因此要采用對(duì)人體無(wú)害、對(duì)環(huán)境無(wú)害的設(shè)備實(shí)施。

3）保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝布局合理、操作、使用方便。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置需要人員維護(hù)，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時(shí)便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。

3 回程檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備選用

檢測(cè)異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測(cè)量距離、測(cè)量物體、測(cè)量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實(shí)際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測(cè)距離至少為2米。

2）需要檢測(cè)的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿海空氣潮濕，同時(shí)露天安裝要保證傳感器防護(hù)等級(jí)不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)控制。

通過(guò)借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計(jì)的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測(cè)范圍，在設(shè)定的檢測(cè)范圍內(nèi)檢測(cè)物體，關(guān)斷點(diǎn)以外的物體將被忽略；②檢測(cè)關(guān)斷點(diǎn)從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來(lái)快速校驗(yàn)所有設(shè)定；④IP等級(jí)為67；⑤輸出為開關(guān)量信號(hào)。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)方案

沿皮帶機(jī)間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測(cè)各自的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機(jī)的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機(jī)的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對(duì)應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說(shuō)明沒(méi)有異物擋住反射光，判斷沒(méi)有異物通過(guò)，為正常情況，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)有較大異物通過(guò)光電傳感器的檢測(cè)區(qū)域時(shí)，使得多個(gè)光電傳感器未接收到反射光，則說(shuō)明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過(guò)，輸出檢測(cè)信號(hào)給控制器，由控制器根據(jù)來(lái)自多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷皮帶機(jī)故障，從而控制停止皮帶機(jī)的運(yùn)行，避免了較大異物對(duì)滾筒和皮帶造成的嚴(yán)重傷害，提升了皮帶機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)，同時(shí)由于控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才進(jìn)行停機(jī)操作，也避免了較小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

皮帶機(jī)回程皮帶異物檢測(cè)設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號(hào)反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機(jī)一側(cè)；③傳感器，用于檢測(cè)皮帶異物情況，并在檢測(cè)到異物的情況下輸出檢測(cè)信號(hào)；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)信號(hào)判斷皮帶機(jī)是否故障，并輸出皮帶機(jī)停機(jī)指令；⑤報(bào)警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機(jī)停機(jī)指令執(zhí)行報(bào)警動(dòng)作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)定，為了保證對(duì)異物的檢測(cè)，經(jīng)測(cè)試安裝在高于皮帶機(jī)皮帶3 cm的位置較為合理。

同時(shí)為了保證較大異物的檢測(cè)且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個(gè)，且多個(gè)光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才會(huì)判斷皮帶機(jī)故障，避免了小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計(jì)方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機(jī)的控制方式，利用皮帶機(jī)原有PLC，將回程檢測(cè)裝置的數(shù)字量信號(hào)，接入皮帶機(jī)PLC數(shù)字量輸入模塊，通過(guò)PLC編程，將信號(hào)點(diǎn)與故障報(bào)警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測(cè)開始；檢測(cè)：采集三個(gè)光電傳感器檢測(cè)值；判定：依據(jù)采集信息進(jìn)行判斷，如三個(gè)光電傳感器檢測(cè)開關(guān)均動(dòng)作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報(bào)警信息，同時(shí)向執(zhí)行模塊發(fā)出停機(jī)指令，正常狀態(tài)則返回檢測(cè)狀態(tài)。

檢測(cè)設(shè)備啟動(dòng)后，多個(gè)光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機(jī)另一側(cè)對(duì)應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來(lái)判斷皮帶機(jī)上是否有異物通過(guò)，此時(shí)有三種情況：①如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來(lái)自光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制器判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；②如果多個(gè)光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說(shuō)明有較小異物通過(guò)，則僅部分收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器仍判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；③如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說(shuō)明有較大異物通過(guò)，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器由此判斷皮帶機(jī)故障，控制皮帶機(jī)停機(jī)，并進(jìn)行報(bào)警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實(shí)際需求，同時(shí)充分的考慮了設(shè)備的通用性，進(jìn)一步完善了皮帶機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

1）檢測(cè)效果穩(wěn)定可靠。3個(gè)開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時(shí)動(dòng)作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動(dòng)作。

2）檢測(cè)覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過(guò)廣度的設(shè)置，降低了漏檢機(jī)率，從而有效提高了該保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護(hù)的效果。回程皮帶的檢測(cè)對(duì)于取料機(jī)上料過(guò)量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機(jī)房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測(cè)，在實(shí)現(xiàn)堵料保護(hù)功能的同時(shí)，提升整體設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

4）實(shí)現(xiàn)了撕裂檢測(cè)的有效補(bǔ)充。對(duì)皮帶機(jī)橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測(cè)成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測(cè)信號(hào)為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機(jī)控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡(jiǎn)單，安裝方便。光電傳感器使用維護(hù)簡(jiǎn)單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無(wú)需專人維護(hù)。同時(shí)多組傳感器的布置，可通過(guò)程序?qū)Ρ茸詸z，信號(hào)與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點(diǎn)設(shè)備檢查，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實(shí)際應(yīng)用

回程異物檢測(cè)裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機(jī)進(jìn)行了測(cè)試安裝。裝置安裝在皮帶機(jī)尾部，位于皮帶機(jī)漏斗后方。安裝以來(lái)，多次檢測(cè)出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，對(duì)下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時(shí)對(duì)其他行業(yè)皮帶機(jī)保護(hù)系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]韓志工、李冠堅(jiān).皮帶機(jī)輸送綜合保護(hù)控制裝置的設(shè)計(jì)[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機(jī)安全保護(hù)裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint

2）裝置必須安全、環(huán)保。皮帶機(jī)一般在開發(fā)區(qū)域，并屬于人員活動(dòng)范圍，因此要采用對(duì)人體無(wú)害、對(duì)環(huán)境無(wú)害的設(shè)備實(shí)施。

3）保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝布局合理、操作、使用方便。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置需要人員維護(hù)，就必須安裝在安全合理的區(qū)域，同時(shí)便于檢查拆卸、便于后期的維修。

4）在滿足功能需要的前提下，力求裝置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。

3 回程檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備選用

檢測(cè)異物裝置最為常見的就是傳感器，但各種傳感器在工作原理和結(jié)構(gòu)上基本上互不相同，需根據(jù)測(cè)量距離、測(cè)量物體、測(cè)量環(huán)境等選擇合理設(shè)備。根據(jù)神華黃驊港實(shí)際工況，具體參數(shù)要求如下。

1）黃驊港皮帶的帶寬是1.8米到2.0米不等，因此檢測(cè)距離至少為2米。

2）需要檢測(cè)的物體主要是煤炭等其他固態(tài)物體。

3）黃驊港因是沿?？諝獬睗瘢瑫r(shí)露天安裝要保證傳感器防護(hù)等級(jí)不低于IP65。

4）皮帶承載面和回程之間距離較近，并存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此傳感器應(yīng)采用非接觸式，傳感器成為新的設(shè)備隱患。

5）傳感器應(yīng)能夠輸出開關(guān)量信息，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)控制。

通過(guò)借鑒黃驊港已有檢查開關(guān)的使用情況，并結(jié)合此設(shè)計(jì)的功能要求，選定光電傳感器作為主要的檢查裝置。設(shè)備選型為可調(diào)區(qū)域光電傳感器＼Q60VR3AF2000。此設(shè)備由發(fā)光器、收光器以及反光板組成，主要參數(shù)有：①可設(shè)定檢測(cè)范圍，在設(shè)定的檢測(cè)范圍內(nèi)檢測(cè)物體，關(guān)斷點(diǎn)以外的物體將被忽略；②檢測(cè)關(guān)斷點(diǎn)從0.2到2 m可調(diào)；③使用持續(xù)狀態(tài)指示燈來(lái)快速校驗(yàn)所有設(shè)定；④IP等級(jí)為67；⑤輸出為開關(guān)量信號(hào)。

3.2 系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)方案

沿皮帶機(jī)間隔安裝多組反光板型光電傳感器，利用光反射原理完成光電控制作用，用于檢測(cè)各自的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在異物。在皮帶機(jī)的一側(cè)安裝發(fā)光器和收光器，在皮帶機(jī)的另一側(cè)與發(fā)光器和收光器對(duì)應(yīng)的位置安裝反光板，發(fā)光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反光板反射后被光電傳感器收光器接收，說(shuō)明沒(méi)有異物擋住反射光，判斷沒(méi)有異物通過(guò)，為正常情況，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)有較大異物通過(guò)光電傳感器的檢測(cè)區(qū)域時(shí)，使得多個(gè)光電傳感器未接收到反射光，則說(shuō)明有異物擋住了反射光，判斷有異物通過(guò)，輸出檢測(cè)信號(hào)給控制器，由控制器根據(jù)來(lái)自多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷皮帶機(jī)故障，從而控制停止皮帶機(jī)的運(yùn)行，避免了較大異物對(duì)滾筒和皮帶造成的嚴(yán)重傷害，提升了皮帶機(jī)運(yùn)行的安全系數(shù)，同時(shí)由于控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才進(jìn)行停機(jī)操作，也避免了較小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

皮帶機(jī)回程皮帶異物檢測(cè)設(shè)備主要由五大部分組成：①電纜，用于光電傳感器電源提供及信號(hào)反饋；②反光板，用于光電傳感器配套使用，安裝于輸送皮帶機(jī)一側(cè)；③傳感器，用于檢測(cè)皮帶異物情況，并在檢測(cè)到異物的情況下輸出檢測(cè)信號(hào)；④控制器，與光電傳感器連接，用于接收傳感器的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)信號(hào)判斷皮帶機(jī)是否故障，并輸出皮帶機(jī)停機(jī)指令；⑤報(bào)警裝置，與控制器連接，用于根據(jù)皮帶機(jī)停機(jī)指令執(zhí)行報(bào)警動(dòng)作。結(jié)構(gòu)如圖2。

1為電纜；2為反光板；3-5為傳感器

圖2

由圖2可見在安裝中，光電傳感器以及反光板的安裝高度和安裝位置可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)定，為了保證對(duì)異物的檢測(cè)，經(jīng)測(cè)試安裝在高于皮帶機(jī)皮帶3 cm的位置較為合理。

同時(shí)為了保證較大異物的檢測(cè)且節(jié)省成本，光電傳感器的數(shù)量可設(shè)置為3個(gè)，且多個(gè)光電傳感器之間的間隔可以根據(jù)實(shí)際操作的需要進(jìn)行設(shè)置，例如間隔5-10 cm。這樣設(shè)置可保證控制器在同時(shí)接收到多個(gè)光電傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)時(shí)才會(huì)判斷皮帶機(jī)故障，避免了小異物通過(guò)時(shí)造成的檢測(cè)裝置誤判，有效提高了檢測(cè)設(shè)備可靠性。

3.4 控制設(shè)計(jì)方案

1）遵照黃驊港現(xiàn)有皮帶機(jī)的控制方式，利用皮帶機(jī)原有PLC，將回程檢測(cè)裝置的數(shù)字量信號(hào)，接入皮帶機(jī)PLC數(shù)字量輸入模塊，通過(guò)PLC編程，將信號(hào)點(diǎn)與故障報(bào)警、控制執(zhí)行等編入原有控制程序中。

具體系統(tǒng)框圖及控制流程如圖3。

圖3

2）具體控制方案流程。

開始：檢測(cè)開始；檢測(cè)：采集三個(gè)光電傳感器檢測(cè)值；判定：依據(jù)采集信息進(jìn)行判斷，如三個(gè)光電傳感器檢測(cè)開關(guān)均動(dòng)作，則判斷故障發(fā)生；結(jié)果：判斷結(jié)果為故障狀態(tài)，則輸出報(bào)警信息，同時(shí)向執(zhí)行模塊發(fā)出停機(jī)指令，正常狀態(tài)則返回檢測(cè)狀態(tài)。

檢測(cè)設(shè)備啟動(dòng)后，多個(gè)光電傳感器的發(fā)光器發(fā)射光束，光束經(jīng)皮帶機(jī)另一側(cè)對(duì)應(yīng)的反光板反射，光電傳感器的收光器根據(jù)是否接收到反射的光束來(lái)判斷皮帶機(jī)上是否有異物通過(guò)，此時(shí)有三種情況：①如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均正常接收到反射的光線，則控制器未接收到來(lái)自光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制器判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；②如果多個(gè)光電傳感器中有部分光電傳感器的收光器未接收到反射的光線，其余的接收到反射的光線，說(shuō)明有較小異物通過(guò)，則僅部分收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器仍判斷皮帶機(jī)無(wú)故障，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；③如果多個(gè)光電傳感器的每一個(gè)光電傳感器的收光器均未接收到反射的光線，說(shuō)明有較大異物通過(guò)，則所有光電傳感器的收光器輸出檢測(cè)信號(hào)至控制器，控制器由此判斷皮帶機(jī)故障，控制皮帶機(jī)停機(jī)，并進(jìn)行報(bào)警。

具體控制流程如圖4。

圖4

4 成果

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

此裝置充分的結(jié)合了黃驊港的實(shí)際需求，同時(shí)充分的考慮了設(shè)備的通用性，進(jìn)一步完善了皮帶機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，主要的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

1）檢測(cè)效果穩(wěn)定可靠。3個(gè)開關(guān)量采用串聯(lián)的形式，只有在傳感器陣列的所有開關(guān)量同時(shí)動(dòng)作的情況下才判斷為故障產(chǎn)生，顯著降低了小體積異物產(chǎn)生的影響，避免因小煤塊等微小異物所造成的裝置誤動(dòng)作。

2）檢測(cè)覆蓋面廣。單條回程皮帶上多組安裝，通過(guò)廣度的設(shè)置，降低了漏檢機(jī)率，從而有效提高了該保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

3）提升了堵料保護(hù)的效果?；爻唐У臋z測(cè)對(duì)于取料機(jī)上料過(guò)量導(dǎo)致地面皮帶灑落和轉(zhuǎn)接機(jī)房漏斗堵料形成溢煤，均能有效的檢測(cè)，在實(shí)現(xiàn)堵料保護(hù)功能的同時(shí)，提升整體設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

4）實(shí)現(xiàn)了撕裂檢測(cè)的有效補(bǔ)充。對(duì)皮帶機(jī)橫向撕裂及中心附近縱向撕裂故障，有較高的檢測(cè)成功率，減少了設(shè)備損失。

5）可適用性高。檢測(cè)信號(hào)為數(shù)字開關(guān)量，便于多種控制方式銜接，與皮帶機(jī)控制系統(tǒng)融合性高。

6）裝置簡(jiǎn)單，安裝方便。光電傳感器使用維護(hù)簡(jiǎn)單，只是偶爾需要巡視人員用抹布擦拭一下反光板即可，無(wú)需專人維護(hù)。同時(shí)多組傳感器的布置，可通過(guò)程序?qū)Ρ茸詸z，信號(hào)與其他經(jīng)常不一致的傳感器，作重點(diǎn)設(shè)備檢查，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效設(shè)備，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 實(shí)際應(yīng)用

回程異物檢測(cè)裝置在神華黃驊港BM4地面皮帶機(jī)進(jìn)行了測(cè)試安裝。裝置安裝在皮帶機(jī)尾部，位于皮帶機(jī)漏斗后方。安裝以來(lái)，多次檢測(cè)出皮帶異物，結(jié)果分析確定為漏斗物料灑落、V型清掃器失效以及皮帶撕邊等，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，對(duì)下步推廣提供了有力的依據(jù)，同時(shí)對(duì)其他行業(yè)皮帶機(jī)保護(hù)系統(tǒng)也有較高的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]韓志工、李冠堅(jiān).皮帶機(jī)輸送綜合保護(hù)控制裝置的設(shè)計(jì)[J].科技信息，2008（19）.

[2]皮帶機(jī)安全保護(hù)裝置[J].港口裝卸，1986（01）.endprint