礦井工作面刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)研究

孫 珂

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬道頭煤業(yè)公司，山西 大同 037199）

引言

刮板輸送機(jī)是礦山開采中不可或缺的組成部分，直接關(guān)乎到生產(chǎn)效率和效益。但是由于生產(chǎn)力度不斷增加，生產(chǎn)環(huán)境愈加復(fù)雜化，傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)設(shè)備已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求，迫切的需要進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)新。通過自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，有助于精簡生產(chǎn)環(huán)節(jié)，構(gòu)建自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)行情況全面監(jiān)管和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障問題，切實(shí)提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率，但同時(shí)，自動(dòng)張緊系統(tǒng)反應(yīng)速度慢、故障率高和啟動(dòng)時(shí)容易跑偏等問題，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

1 刮板輸送機(jī)的原理

礦山生產(chǎn)活動(dòng)中，刮板輸送機(jī)是用于物料輸送的牽引設(shè)備，具體運(yùn)行中在刮板鏈條上牢牢固定刮板，通過液力耦合器以及傳動(dòng)裝置作用下驅(qū)動(dòng)鏈條運(yùn)行，鏈條運(yùn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)刮板實(shí)現(xiàn)物料的傳輸。在設(shè)備運(yùn)行過程中，圍繞鏈輪促使刮板輸送機(jī)循環(huán)運(yùn)行，提升礦山企業(yè)物料輸送。

2 刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)構(gòu)成分析

2.1 控制原理

自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)的構(gòu)建，基于PLC 可編程控制器控制傳感器來檢測(cè)位移和壓力等參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)伸縮油缸底壓力變化情況，并結(jié)合鏈條張力變化來自動(dòng)化控制伸縮油缸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。在合理范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整刮板輸送機(jī)鏈條松緊度，在理想的松緊狀態(tài)來滿足作業(yè)需要，提升作業(yè)效率。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

就刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)構(gòu)成來看，包含液控單元和電控單元兩部分。其中電控單元，包含PLC 可編程控制器、直流電源、防爆數(shù)字輸入模塊、防爆數(shù)字輸出模塊、防爆模擬量輸入模塊以及傳感器等部分構(gòu)成[1]。液控單元涵蓋安全閥、液控伸縮閥、是伸縮缸、電磁換向閥以及液控先導(dǎo)閥等部分，接受控制系統(tǒng)發(fā)送的伸縮信號(hào)控制電磁法運(yùn)行，打開液控先導(dǎo)閥，注油到伸縮油缸中來動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鏈條張力自動(dòng)化調(diào)節(jié)，提升生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

3 刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置仿真分析

刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)的運(yùn)行控制，首先借助專門軟件進(jìn)行方針分析，如，AMESIM 仿真分析軟件。刮板輸送機(jī)運(yùn)行中，由于作業(yè)環(huán)境較為惡劣，作業(yè)強(qiáng)度較大，常見的一種故障問題則是刮板連張緊力下降，不可避免的出現(xiàn)掉鏈情況。故此，自動(dòng)張緊裝置運(yùn)行中，油缸收縮后拉近鏈條，如果系統(tǒng)采樣周期是0.1 s，仿真分析時(shí)間10 s，仿真分析和計(jì)算液壓缸無桿側(cè)壓力、速度曲線與活塞桿位移、速度等指標(biāo)。

張緊裝置具體運(yùn)行中，流程繁瑣復(fù)雜，先收縮、再伸長，初期液壓缸可能受到諸多因素影響，導(dǎo)致桿腔油液壓力不符合要求，持續(xù)增加無桿腔側(cè)壓力。桿腔油液壓力逐步升高，在到達(dá)液控單向閥開啟壓力后，系統(tǒng)泄流降低無桿腔壓力，3 s 內(nèi)收縮完成[2]。依據(jù)設(shè)定值來復(fù)位收縮閥和收縮閥，自動(dòng)化控制活塞桿到預(yù)設(shè)位置。而在收縮過程中，由于液壓油持續(xù)壓縮膨脹，開啟夜空單向閥，一定程度上增加了系統(tǒng)整體的泄油量。如果泄油量到預(yù)設(shè)值后，系統(tǒng)自動(dòng)化補(bǔ)油帶動(dòng)液壓系統(tǒng)的壓力變化，對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的沖擊作用力，鏈條張力變化影響到刮板輸送機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，增加后期的檢修和維護(hù)成本。

4 刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)優(yōu)化改良

4.1 控制邏輯

刮板輸送機(jī)正常啟動(dòng)后，控制系統(tǒng)首先會(huì)檢查裝置的開關(guān)位置，如果裝置正處于運(yùn)行狀態(tài)下自動(dòng)化調(diào)整運(yùn)行速度和缸底壓力，對(duì)比系統(tǒng)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)鏈條張力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和把控。

4.2 設(shè)備選型

控制系統(tǒng)的優(yōu)化改良，需要綜合考量系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的選擇，具體包含數(shù)據(jù)采集單元、PLC 可編程控制器、電源模塊以及傳感器。中央處理單元作為控制系統(tǒng)的核心，基于西門子S7-300 可編程控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)，系列類型多樣，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展性特點(diǎn)。MPI 口接顯示器，配備MMC 存儲(chǔ)卡實(shí)現(xiàn)程序和信息存儲(chǔ)。

信號(hào)采集單元，主要是用于各個(gè)單元模塊信息數(shù)據(jù)的采集和處理，同傳感器I/O 模塊連接，將采集的信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行?；在控制中心將信?hào)轉(zhuǎn)換為顯示信號(hào)，在顯示屏上呈現(xiàn)[3]。進(jìn)一步細(xì)化，信號(hào)采集單元包括數(shù)字量輸入模塊以及模擬量輸入模塊，前者用于接收指令和油位開關(guān)量信號(hào)，后者接收模擬量信號(hào)數(shù)值，如，減速箱冷卻水壓力參數(shù)。

傳感器，為GUD60-Y2 本質(zhì)安全壓力傳感器以及位移傳感器。系統(tǒng)的電源模塊要保證供電可靠，因此選擇PS307/5A 電源模塊，額定電壓127VAC，額定電流1.7A，輸出24VDC/5A，功耗為138W。

4.3 軟件編程

軟件編程階段，首先需要設(shè)計(jì)良好的人機(jī)界面組態(tài)，借助專用通訊電纜以及軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程；PLC軟件編程，使用STEP7 軟件來通訊、編程，而且技術(shù)人員也要注重硬件設(shè)施的完善情況，包括輸入量、輸出量是否準(zhǔn)確連接，傳感器連接是否合理。

PC 編程，硬件組態(tài)后依據(jù)具體需要在數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)化選擇；為不同模塊自動(dòng)分配地址，特殊情況下也可以人為修改。基于STEP 編寫程序，編譯后下載到CPU，并且為各個(gè)模塊分配地址。

4.4 顯示和故障預(yù)警單元

主控箱顯示單元設(shè)計(jì)，優(yōu)先選擇液晶顯示器，基于PLC 和總線電纜連接在一起，主控箱中安裝報(bào)警燈，CPU 控制數(shù)字輸出模塊，發(fā)出預(yù)警值。如果傳感器采集數(shù)據(jù)參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范疇，系統(tǒng)自動(dòng)化預(yù)警，表面系統(tǒng)存在故障問題。

系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在測(cè)試階段借助PLC 控制器軟件進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)長時(shí)間運(yùn)行下不可避免的導(dǎo)致鏈條張緊力逐步下降，超出預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)范圍后，夜空單元進(jìn)行推缸、縮缸動(dòng)作，維持鏈條張緊力在可控范圍內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)在運(yùn)行中，故障幾率可以得到顯著下降，降低后期維護(hù)成本和人工勞動(dòng)強(qiáng)度，切實(shí)提升刮板輸送機(jī)的使用性能。另外，刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置優(yōu)化改良后，推行電液比例換向閥，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)優(yōu)化。相較于傳統(tǒng)的控制技術(shù)，可以最大程度上降低系統(tǒng)沖擊力、振動(dòng)，降低鏈條跑偏、打滑等故障幾率，控制鏈條張緊力在可控范圍內(nèi)，切實(shí)提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率。

5 結(jié)語

礦井工作面生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，面對(duì)不斷增加的生產(chǎn)要求，積極推動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備優(yōu)化改良是必然選擇。為了更好的滿足礦山企業(yè)生產(chǎn)需要，積極推動(dòng)刮板輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置控制系統(tǒng)優(yōu)化改良，有助于提升生產(chǎn)過程可靠性，提升設(shè)備運(yùn)行性能的同時(shí)，延長設(shè)備使用性能。通過此種方式，積極優(yōu)化生產(chǎn)流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決刮板輸送機(jī)運(yùn)行中的故障問題，為企業(yè)帶來更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。