基于非接触式传感器的带式输送机失速检测控制改进及应用

金川集团股份有限公司选矿厂 甘肃金昌 737102

金川集团公司选矿厂是特大型镍铜矿选矿厂，年处理矿量达到 1 200 万 t，主要有 3 个选矿车间，其处理能力分别为 6 000、14 000 和 15 500 t/d。全厂各系统共有 33 条主带式运输机，其保护装置设有拉绳急停、防跑偏、纵向防撕裂、横向防撕裂以及防打滑保护。

目前，金川集团公司选矿厂各车间的带式运输机防打滑保护装置采用的是基于 JDK-1 型速度检测器，实现保护功能。将 JDK-1 型速度检测器水平安装在上行输送带和下行输送带间的输送机支架上，使触轮与输送带表面有一定的压力，防止发生触轮跳动而造成较大误差停机。当输送带运行速度低于设定值时，检测器中的继电器动作并输出开关量信号，使带式运输机停止工作。

通过分析上述传感器的工作原理可知，JDK-1型速度检测器的设计原理为输送带运行时带动触轮同步转动，产生的电信号传输到控制系统，当输送机的运行速度低于整定值时，低速打滑动作。

1 存在问题

从金川集团选矿厂近年来的使用效果来看，此类速度检测器存在的主要问题有以下几个方面：

(1)带式输送机在重负荷情况下，容易产生触轮、输送带脱离停机，从而产生检测误差而触发保护动作；

(2)速度检测器与带式输送机同时转动，因触轮直径偏小、转速快、寿命短，轴承因损坏而造成保护动作；

(3)当输出继电器触点接触不良会经常出现动作不可靠；

(4)当带式输送机出现如电动机与减速器连接棒销断，液力耦合器故障等输送带不运行而低速保护不动作，实现不了上下级联锁引起堆矿，如果生产操作人员不能及时发现，将直接影响安全生产。

2 失速检测控制改进

2.1 传感器的升级

带式输送机出现打滑现象是由于在运行过程中带式输送机传动滚筒的速度与输送带速度不同步，使两者之间产生相对滑动。一般输送带打滑有低速打滑和高速打滑 2 种[1]。低速打滑是由于传动滚筒的摩擦牵引力降低、过载、输送带被卡住或者张紧力不足造成的，此种情况较为常见；而高速打滑一般出现在带式输送机超速运过程中。传统低速输送带打滑开关的工作原理是通过检测输送带与传动滚筒速度的变化，比较分析二者之间的差值，如果出现打滑，发出打滑报警信号。该打滑开关在实际应用中由于自身的缺陷已不适用于选矿厂带式输送机保护装置，亟需进行技术改造。

本次技术改造的核心是将失速检测传感器由直接接触式改为非接触式，减少了同时运转造成的检测器自身寿命问题。现采用标准贴片式 NPN 型传感器作为失速检测元件[2]，该 NPN 型传感器是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平，PNP 输出是高电平 1，NPN 输出的是低电平 0。该非接触式失速检测传感器的安装方式与传统直接接触式传感器也略有不同，分别在从动滚筒的 4 等分位置焊接 4 个感应铁片，然后将测速元件通过支架安装在带式输送机架上，并保持合适的距离。当带式输送机运行时，从滚筒上的感应片与输送带保持同速转动，通过式(1)可计算出传感器输出频率信号并送至控制系统进行处理，传感器与控制系统的接线如图 1 所示[3]。

图1 传感器配线图

传感器输出频率

式中：PPR为接收到的每圈脉冲数；RPM为在报警设定点的转速。

同时，就近安装一台输送带失速检测控制箱，接收传感器的信号，处理后转速变为 4～20 mA 电信号传输至 I/O 柜，经 I/O 柜将信号上传至主控室 DCS控制系统，通过控制系统处理后在上位机显示输送带运转的实际转速与设定转速的百分比，从而控制输送带电动机运行。输送带失速检测与控制如图 2 所示。

图2 输送带失速检测与控制示意

2.2 控制及设定

主机控制器和存储器可设置速度保护数据处理与存储，只有在编程与调试过程中调整数值，具体参数如表 1 所列[3]。

经主机控制器处理后的信号，以标准的 4～20 mA 信号送至 DCS 系统进行进一步处理，并在上位机上显示带式输送机与额定转速的百分比，一旦出现输送带打滑现象，会立即发出报警信号或设定停机值进行停机，起到联锁停机保护的功能。

带式输送机失速检测的组态画面如图 3 所示。

图3 带式输送机失速控制组态

3 改造效果

金川公司选矿厂首先将新型速度检测装置应用于6 000 t/d 系统的 45 号输送带，试运行 3 个月后，运行效果良好，后陆续推广到其余带式输送机上，安装使用后达到了以下效果：

(1)采用非接触式传感器[2]，受设备运行影响小，检测准确可靠；

(2)传感器及控制系统故障率低，免维护；

(3)带式输送机在运行过程中出现联轴器等断轴故障，输送带停止，电动机仍运行，及时检测输出失速报警状态，输送机控制系统联锁，碎矿输送带输送系统联锁停机，解决了输送带压料现象。

通过对带式输送机失速检测装置的改进，为选矿厂带来了直接和间接的经济效益。据不完全统计，每减少一小时的非计划停车，就给选矿厂带来直接经济效益 5 万元。间接效果是降低了岗位操作人员的劳动强度，增强了设备运行的安全性。

4 结语

基于非接触式传感器的带式输送机失速检测控制系统具有响应速度快、精度高、可靠性高及安装维修方便等优点。本次带式输送机失速检测装置的改进，不仅弥补和完善了传统带式输送机打滑开关的不足，而且大大提高了失速保护的可靠性，在实际应用中取得了良好的效果，有效减少了生产操作人员的工作量，给同行业带式输送机保护装置的运用提供了一定的参考经验，具有一定的推广和借鉴意义。