堆(取)料機皮帶自動糾偏系統(tǒng)設(shè)計

高飛

（唐山曹妃甸實業(yè)港務(wù)有限公司，河北 唐山 063200）

1 項目綜述

堆料機的懸臂皮帶在作業(yè)中跑偏情況很普遍，綜合分析跑偏的原因有以下幾個：第一，礦石品種和密度不同導(dǎo)致礦石在皮帶上分布形式不同。第二，礦石在皮帶上的落料點偏離皮帶中心。第三，礦石落下方向與懸臂皮帶運行方向存在夾角。第四，流量波動。第五，大料頭干擾。第六，托輥磨損及安裝精度差。以上問題導(dǎo)致懸臂皮帶在作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)跑偏，跑偏如果不及時加以糾正就會發(fā)展到灑料或者重跑偏停車、劃傷皮帶，甚至撕裂皮帶，中斷生產(chǎn)流程并且造成設(shè)備財產(chǎn)損失。

糾偏可以采取兩種方式：正面皮帶糾偏；回程皮帶糾偏。

正面皮帶糾偏：通過調(diào)節(jié)“槽托輥架”的角度來改變皮帶運行方向。槽托輥架與基座之間有5個固定位置，可以通過固定銷子將槽托輥架固定在5個不同的角度。使用這種方式糾偏是有級調(diào)偏，調(diào)偏的角度只能從5個角度選擇一個，不能做到連續(xù)無極調(diào)節(jié)，并且正面皮帶調(diào)偏方式需要手動移動槽托輥架，人工靠近運行中的皮帶去調(diào)節(jié)，這種方式存在嚴重風(fēng)險，因此只在停車后才能調(diào)節(jié)?；爻唐Ъm偏：在回程皮帶下方設(shè)置調(diào)偏托輥，使托輥與回程皮帶緊密接觸。在皮帶運行中回程皮帶與調(diào)偏托輥之間存在摩擦力，當(dāng)皮帶的運行方向與調(diào)偏托輥轉(zhuǎn)動的方向存在夾角時，皮帶會受到調(diào)偏托輥旋轉(zhuǎn)方向的校正力，從而達到糾偏的目的?；爻唐Ъm偏在極限范圍內(nèi)可以在任意角度糾偏，是無極調(diào)節(jié)，并且在調(diào)節(jié)時人員處于相對安全的位置，風(fēng)險相對較低，在皮帶運行的同時就可以調(diào)節(jié)。

鑒于以上原因，在使用中以回程糾偏為主要調(diào)節(jié)方式，正面糾偏為輔助方式。

回程皮帶調(diào)偏輥的驅(qū)動方式有手動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種。本項技改采用電機驅(qū)動方式，并且將檢測皮帶跑偏的信號傳入PLC，用PLC的輸出來控制調(diào)偏托輥。這樣就將自動化應(yīng)用到調(diào)偏中，不僅實現(xiàn)了快速反應(yīng)，精準調(diào)節(jié)，同時避免了人員靠近運行中的皮帶機構(gòu)，從根本上消除了危險因素。

當(dāng)前皮帶輸送機的調(diào)偏絕大多數(shù)都是采用手動方式，由巡視人員現(xiàn)場調(diào)節(jié)。有些皮帶通過改變轉(zhuǎn)向滾筒的角度來調(diào)節(jié)，用的是液壓油缸驅(qū)動。

傳統(tǒng)的手搖式調(diào)偏托輥結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但是全憑人力調(diào)節(jié)，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，手搖調(diào)偏機構(gòu)在礦石粉塵環(huán)境中極易銹蝕導(dǎo)致活動不順暢，調(diào)節(jié)過程費時費力，往往錯過最佳調(diào)節(jié)時機。在頻繁跑偏的情況下，人員需要頻繁調(diào)節(jié)托輥，不僅達不到調(diào)節(jié)要求的效果，還給司機和巡視增加了很大的負擔(dān)。

手動調(diào)節(jié)方式受操作人員的經(jīng)驗水平影響很大，如果巡視人員操作調(diào)偏托輥經(jīng)驗不足或者對特定皮帶線不熟悉，調(diào)偏結(jié)果將難以達到要求。

液壓調(diào)偏機構(gòu)具有輸出力矩大的優(yōu)點，但是動作速度慢，調(diào)節(jié)量難以精確控制，體積龐大，占用空間較大，重量大，對安裝部位的承載能力要求較高。堆（?。┝蠙C的懸臂上空間有限，不適合安裝液壓調(diào)偏機構(gòu)。

2 改造方案（圖1）

圖1

2.1 改造前跑偏限位的布局及其接線方式

傳統(tǒng)的跑偏限位布局是按照頭部跑偏和尾部跑偏來設(shè)置。頭部左右各設(shè)置一個跑偏限位，左右兩側(cè)的兩個限位里將檢測輕跑偏觸的常閉觸點串聯(lián)，作為頭部輕跑偏信號進入PLC輸入模塊。檢測重跑偏的兩個觸點也是串聯(lián)，作為頭部重跑偏信號進入PLC輸入模塊。尾部左右兩側(cè)的跑偏限位與頭部一樣也是做串聯(lián)使用。當(dāng)發(fā)生跑偏時，系統(tǒng)只能知道頭部或者尾部發(fā)生跑偏，而不能自動檢測到跑偏的方向是向左還是向右。只能由司機或者巡視在接到跑偏信號后到現(xiàn)場目測來核實跑偏向左還是向右，然后再手動做出調(diào)節(jié)動作。

2.2 改造后跑偏限位的布局及其接線方式

在自動調(diào)偏設(shè)計方案中，保持跑偏限位的安裝位置不變，將傳統(tǒng)方案中跑偏限位按照頭部、尾部劃分方式改成左側(cè)、右側(cè)的劃分方式。即將頭部左側(cè)限位與頭部右側(cè)限位劃分為一組稱為左側(cè)跑偏限位，頭部右側(cè)限位與尾部右側(cè)限位劃分為一組稱為右側(cè)跑偏限位。將左側(cè)兩個跑偏限位的兩組輕跑偏觸點串聯(lián)，兩組重跑偏觸點串聯(lián)，分別作為左側(cè)跑偏的輕跑偏信號和重跑偏觸信號，進入PLC輸入模塊。右側(cè)跑偏與左側(cè)跑偏處理方式相同。這樣改造后，系統(tǒng)能夠自動識別出跑偏方向向左還是向右，從而為自動調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ)。

2.3 軟件設(shè)計

堆料機原有的控制器是美國羅克韋爾公司的Controllogix5000系列PLC，其功能足夠強大，新增的自動糾偏功能加入原有的堆料機控制程序中，其PLC足以勝任新功能的增加。這樣不僅有利于程序的整合，對節(jié)約成本更是有顯著的效果。

堆取料機有堆料作業(yè)模式和取料作業(yè)模式，兩種模式下，懸臂皮帶的運動方向是相反的，對于同一個糾偏托輥的角度，因為皮帶運行方向不同，產(chǎn)生的糾偏效果是相反的。因此，程序編制過程中針對堆料模式和取料模式分別作了設(shè)計，對于同樣的向左跑偏，針對堆料模式下和取料模式下調(diào)偏輥的調(diào)節(jié)方向正好是相反的。隨著堆料/取料模式的切換，自動糾偏系統(tǒng)也能夠自動切換。

作為自動控制模式的補充，本設(shè)計還包含了手動旋鈕控制功能，作為自動控制故障情況下的有效補充，有效提高了系統(tǒng)的可靠性。

因為糾偏過程存在滯后特性，從糾偏輥做出角度調(diào)節(jié)到皮帶回正存在一個滯后過程，如果糾偏動作一直持續(xù)直到效果顯現(xiàn)才停止，將會嚴重超調(diào)，皮帶會向另一個方向繼續(xù)跑偏，如此將會造成左右交替振蕩跑偏.為了解決這個問題，程序設(shè)計中采用上升沿信號有效而非高電平信號有效。在跑偏限位檢測到跑偏現(xiàn)象后調(diào)節(jié)一個小角度，延時15秒后再次讀取跑偏檢測信號，如果跑偏仍存在就繼續(xù)調(diào)節(jié)一個小角度，直到跑偏檢測信號消失為止。這樣避免了超調(diào)現(xiàn)象。

3 實施效果

該項目在曹妃甸實業(yè)港務(wù)有限公司二期堆場的4臺堆（?。┝蠙C上投入實際使用，產(chǎn)生了明顯的效果。

（1）把操作人員徹底解放出去，堆（?。┝蠙C在作業(yè)過程中懸皮發(fā)生跑偏時，司機不再需要盡快到達調(diào)偏裝置處手動調(diào)節(jié)，從根本上杜絕了發(fā)生危險的可能性。

（2）懸皮在運行過程中沒有出現(xiàn)重跑偏停車故障，避免了皮帶劃傷和設(shè)備損壞。

（3）因懸皮跑偏故障導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷現(xiàn)象明顯減少，極大的提高了作業(yè)效率。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新點

本項目的主要技術(shù)創(chuàng)新點有：

（1）將傳統(tǒng)的以頭尾劃分方式改成以左右劃分。

（2）用電機驅(qū)動推桿代替手搖推桿。

（3）用PLC控制推桿電機，自動調(diào)節(jié)調(diào)偏托輥的角度。

（4）本系統(tǒng)的投入使用，徹底把操作者解放出來，使其更專心于堆料作業(yè)。