基于PLC 的刮板輸送機(jī)自動張緊控制裝置設(shè)計(jì)研究

冀明文

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司， 山西 呂梁 033000）

引言

隨著煤礦高產(chǎn)、高效的不斷推進(jìn)，綜采工作面刮板輸送機(jī)作為原煤運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，也朝著大運(yùn)量、長運(yùn)距和大功率方向發(fā)展。刮板鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，其運(yùn)行工作狀態(tài)影響煤礦的生產(chǎn)效率[1]。刮板輸送機(jī)的自動張緊控制系統(tǒng)在煤礦井下復(fù)雜工況下易出現(xiàn)不能正常收縮、卡鏈以及響應(yīng)慢等故障，為了實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，需要對其性能進(jìn)行分析。當(dāng)刮板輸送機(jī)停止運(yùn)行時，需要給刮板鏈?zhǔn)┘右欢康膹埦o力，以確保刮板鏈與巷道底板間的懸垂度。正常運(yùn)行時刮板鏈張力應(yīng)在合理范圍內(nèi)，以便設(shè)備可正常運(yùn)行。受到刮板鏈彈性變形影響，刮板輸送機(jī)長時間運(yùn)行后刮板鏈條會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，需要根據(jù)現(xiàn)場情況對刮板鏈進(jìn)行張緊。為此，提出一種刮板輸送機(jī)自動張緊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過監(jiān)測刮板鏈張力變化情況對張緊裝置運(yùn)行情況進(jìn)行控制，以便達(dá)到提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率的目的。

1 自動張緊裝置控制系統(tǒng)工作原理

刮板輸送機(jī)的自動張緊控制裝置安裝在刮板輸送機(jī)的機(jī)尾端，主要由液壓油缸、壓力傳感器、位移傳感器、PLC 控制單元、組合開關(guān)以及液壓控制單元等構(gòu)成[2-3]，刮板輸送機(jī)自動張緊控制裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)自動張緊控制裝置結(jié)構(gòu)圖

刮板鏈自動張緊裝置使用各類傳感器，實(shí)時監(jiān)測刮板輸送機(jī)電動機(jī)輸入電流、電壓變化參數(shù)以及液壓系統(tǒng)液壓壓力、液壓活塞伸縮量等，傳感器監(jiān)測獲取到的參數(shù)首先經(jīng)過PLC控制器進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換）后，再進(jìn)行邏輯控制處理。液壓控制系統(tǒng)依據(jù)PLC 處理結(jié)果控制液壓油缸伸出或收回，并再次對位移傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，使刮板鏈張緊力穩(wěn)定在設(shè)定區(qū)間內(nèi)。液壓控制單元通過PLC 控制器控制液壓油缸動作，組合開關(guān)為PLC 控制器運(yùn)行提供220 V交流電。

2 自動張緊裝置硬件結(jié)構(gòu)及控制方案

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

自動張緊裝置控制核心為PLC 控制器，選用型號為FX2N 系列，具備穩(wěn)定性強(qiáng)、擴(kuò)展性能好以及接口豐富等優(yōu)點(diǎn)，具體PLC 控制器各主要功能模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。

表1 PLC 控制器各主要功能模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用的壓力傳感器型號為CYB-36S-2-I，具有便于調(diào)試、精度高以及多量程等優(yōu)點(diǎn)，選用的位移傳感器型號為ZBT-24-2-I，具有測量精度高、安裝便捷以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 控制方案

刮板輸送機(jī)自動張緊裝置自動張緊方案控制流程如下頁圖2 所示?？刂品桨甘褂肍B 語言編寫，可通過PLC 控制器中的單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)行控制。自動張緊裝置運(yùn)行有自動、手動兩種控制模式，一般情況下僅使用自動控制模式，手動控制模式為自動控制模式的補(bǔ)充?？刂瞥绦蜻\(yùn)行時，首先需要進(jìn)行初始化處理，確保自動張緊裝置各按鈕均處于初始功能狀態(tài)，保護(hù)裝置處于未啟動狀態(tài)。同時，清理PLC 控制器內(nèi)各變量、確保PLC 控制器可平穩(wěn)運(yùn)行。

圖2 自動張緊方案控制流程

當(dāng)PLC 控制器接收到啟動信號后，檢測液壓裝置油缸底部壓力。若壓力小于設(shè)定值時，則推移油缸小幅動作，并在動作過程中持續(xù)對推移油缸底部壓力進(jìn)行測定，確保底部壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。若檢測到推移油缸底部液壓值在正常范圍內(nèi)，首先判定是否接收到刮板輸送機(jī)停機(jī)指令，若未接收到的停機(jī)指令，則循環(huán)檢測液壓油缸底部壓力。若接收到停機(jī)指令，則液壓油缸緩慢收縮液壓活塞，使刮板鏈張緊力處于允許范圍內(nèi)的最低值，即液壓油缸底部壓力為壓力下限值。同時延時T 時間，在此時間范圍內(nèi)，若未接收到啟動指令，則保持液壓油缸不動作。若接收到新的啟動指令后，再次對液壓油缸底部壓力進(jìn)行檢查，并調(diào)整液壓油缸動作情況，確保液壓油缸底部壓力在合理范圍內(nèi)[4-5]。

3 應(yīng)用效果分析

斜溝礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為1500 萬t，主采的8 號、9號煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.9 m、傾角5°，現(xiàn)井下有18203 綜采工作面處于回采階段。綜采面采用型號MG700/1740-WD 采煤機(jī)、型號為SGZ730/320 的刮板輸送機(jī)進(jìn)行煤炭運(yùn)輸。工作面設(shè)計(jì)傾向長度為200 m、走向推進(jìn)長度為1580 m。為了提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率，將自動張緊裝置控制系統(tǒng)應(yīng)用到綜采面刮板輸送機(jī)上，具體使用的張緊裝置參數(shù)如表2 所示。

表2 張緊裝置參數(shù)

現(xiàn)場耗時1 d 完成安裝調(diào)試工作，在后續(xù)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，隨著刮板輸送機(jī)使用時間的增加，刮板鏈?zhǔn)艿降膹埩Τ尸F(xiàn)緩慢下降趨勢，當(dāng)PLC 控制器監(jiān)測到刮板鏈張緊力不在設(shè)定允許范圍內(nèi)，PLC 控制會向液壓控制單元發(fā)出指令，液壓油缸通過伸出或者收縮活塞來實(shí)現(xiàn)對鏈條張緊力進(jìn)行調(diào)控。

在綜采面內(nèi)對自動張緊裝置控制系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測共計(jì)6 個月，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)可依據(jù)現(xiàn)場情況對刮板輸送機(jī)刮板鏈張緊情況進(jìn)行調(diào)整，在監(jiān)測期間刮板鏈鏈條事故僅出現(xiàn)過1 次，刮板鏈故障發(fā)生率平均為0.17 次/月，較使用前的0.5 次/月明顯降低。使用自動張緊裝置后，基本避免人工張緊刮板鏈操作，不僅降低了作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，而且提高了刮板輸送機(jī)工作效率。

4 結(jié)語

刮板輸送機(jī)是礦井采煤工作面重要的生產(chǎn)、運(yùn)輸設(shè)備，隨著采煤工作面切眼斜長增加，刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，刮板鏈?zhǔn)艿降膹埩Σ粩嘣黾?。隨著運(yùn)行時間的增加，刮板鏈在載荷作業(yè)下會出現(xiàn)一定的彈性變形，從而導(dǎo)致刮板輸送機(jī)在后續(xù)使用過程中頻繁出現(xiàn)卡鏈等故障。本文基于PLC 控制技術(shù)設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)自動張緊控制系統(tǒng)，可依據(jù)刮板輸送機(jī)使用情況自動調(diào)整刮板鏈張緊力，提高刮板輸送機(jī)工作效率，并降低故障發(fā)生率?，F(xiàn)場應(yīng)用后，刮板輸送機(jī)刮板鏈?zhǔn)冀K在設(shè)定張力范圍內(nèi)，故障發(fā)生概率大幅減少，提高了自動化程度，降低了工人的勞動強(qiáng)度。