液压张紧电气控制系统设计

马松 肖强 袁程野 吴姗姗

摘 要：本系统以PLC为核心，利用张力传感器对系统的压力进行调节，以实现对输送带的张紧控制。其间采用PID控制算法对采集的压力值进行参数整定，实现张紧力的自动调节，同时设置故障报警提醒，便于操作者对系统进行实时监控。

关键词：PLC;液压系统;PID控制

Abstract： The system takes PLC as the core， and uses the tension sensor to adjust the pressure of the system to achieve the tension control of the conveyor belt. During this period， the PID control algorithm is used to set the parameters of the collected pressure value to realize the automatic adjustment of the tension， and the fault alarm reminder is set at the same time to facilitate the operator to monitor the system in real time.

Keywords： PLC;hydraulic system;PID control

目前，带式输送机广泛应用于电力、煤矿等领域。带式输送机可以实现远距离输送、大批量输送，物料装卸方便，与其他输送设备相比，带式输送机运行可靠，成本低，寿命长，性能稳定[1-3]。常规输送带张紧系统在输送长度变化较大时容易出现问题，已经不能有效解决输送机输送带存在的问题，影响输送机的正常使用。

本文以现有技术为基础，根据我国输送机发展情况和要求，研发出新型液压张紧电气控制系统。本系统采用PID控制技术和可编程控制技术，为了自动调节张力，输送机启动阶段，系统会自动提供很大的张紧力（约为设定值1.5倍），输送机正常工作时，张紧力变小。这样可以为输送带提供正常的张紧力，防止输送带启动时出现打滑和在正常工作时出现过度张紧，延长输送机寿命[4-6]。本系统提出的新型液压张紧电气控制系统具有运行安全可靠、张紧行程大、性能稳定的特点，还可以根据实际工作情况对输送带的张紧力进行自动调节。

1 系统设计方案

1.1 系统工作原理

在带式输送机中，液压张紧电气控制系统在工作时存在两个阶段，即启动阶段和稳定运行阶段。如图1所示，启动阶段，当输送带的张紧力达到启动要求时，输送机将会发出信号给PLC，PLC会执行命令，通知带式输送机开始启动。若张紧力没有达到输送带的启动要求，系统会启动油泵电机和电磁阀，液压系统会调节张力值，直到达到输送带的启动张紧力。在带式输送机稳定运行的过程中，液压张紧电气控制系统会实时采集输送带的张紧力数据，当张紧力减小到正常张紧力的下限或大于正常张紧力的上限时，系统将会启动油泵电机来调节张紧力，使其达到输送带正常张紧力。

1.2 液压系统部分

系统启动后，输送带开始工作，通过压力传感器检测输送带的压力。当压力为0.9～1.1倍时，三位四通O型电磁换向阀不动作，三位四通O型电磁换向阀处于中位，油路不工作。当压力传感器感受压力小于0.9倍时，液压泵工作，三位四通O型电磁换向阀在左位工作，液压缸向前运动并使输送带绷紧，压力传感器感应压力信号经PLC控制电磁阀。当压力达到预定范围时，三位四通O型电磁换向阀处于中间位置，此时回路中依靠蓄能器维持压力恒定，使回路中壓力保持在一定范围，当蓄能器中蓄能不足以保证压力之后，压力逐渐变小，当压力小于0.9倍时重复上述循环。当压力大于1.1倍时，液压泵不工作，三位四通O型电磁换向阀在右位工作，单杆活塞液压缸内液压油经回路流回油箱卸荷（由压力作用提供动力），输送带由紧变松，当压力达到预定值时，三位四通O型电磁换向阀在中间位置工作，使输送带松紧程度在一定范围内波动。

液压系统组成如图2所示。单向阀使油路只能单向流动，保证蓄能器和液压缸正常工作。溢流阀可以确保油路中液压油的油压不至于过大，以至于损毁。油箱是为了供应液压油以及储存溢流和回路的液压油[7-10]。

1.3 电气控制部分

如图3所示，液压张紧电气控制系统的电气控制部分以西门子S7-200PLC为核心，通过系统运行的指令参数（起动、运行、停机等）来实现控制。张力传感器采集的张力值将传给模拟量输入输出模块EM235，将模拟量转化为数字量后送到PLC中，根据输送机控制台发出的信号，PLC控制系统会按照设定好的各项参数，通过程序控制完成对液压系统的控制。由张力传感器采集输送带张力值，将采集的数据反馈给PLC控制系统并与设定的张力值进行比对;通过压力传感器采集液压系统中的油压，与设定值进行比较;根据上面采集的信号，对输送带进行张紧控制。

2 软件设计

2.1 系统主程序设计

系统程序流程如图4所示。在自动状态下，若系统张力值达到1.5倍，直接给皮带机信号启动;若系统张力值没达到1.5倍，启动油泵和电磁阀，直到张力值达到1.5倍，给皮带机信号，延迟后，停止油泵和电磁阀，皮带机稳定运行中;若张力值处于0.9～1.1倍内，油泵和电磁阀不会动作，系统会自动调节;若张力值小于0.9倍、大于下限保护值，油泵将启动使张力值达到1.1倍，油泵停止;若张力值大于1.1倍、小于上限保护值，返回，稳定运行;若张力值大于上限值或者小于下限保护值，系统将停机。

2.2 数据处理程序设计

2.2.1 PID算法。连续系统PID控制是最成熟的技术，也是最常见的调节模式。在PID控制系统中，根据一定的比例，进行积分和微分控制量运算，可以得到管理控制，以达到稳定输出的目的。PID控制器可以通过一定比例进行单元（P）、积分控制单元（I）和微分单元（D）构成[2]。输入端[e（t）]和输出[u（t）]的系统之间的关系为：

2.2.2 数据处理流程。如图6所示，系统开始运行后，对数据实时进行采样，利用PID算法对数据进行优化处理，处理完毕后将数据发送给PLC。

3 结论

该系统最终可以实现带式输送机输送带张紧力的自动调节功能，利用PID算法对张力值进行参数整定，自动调节张紧力。该系统还设置故障报警提醒功能，便于操作者对系统进行实时监控。与现有的液压张紧电气控制系统相比，本系统利用PID算法对数据进行处理，使数据的精确度增加，以便根据输送带的运行情况自动调整张紧力，使其保持稳定，延长带式输送机的寿命，保证带式输送机的有效运行。

参考文献：

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