矿用皮带输送机自动张紧控制系统研究

赵海斌

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300）

引言

皮带输送机是煤矿运输系统关键设备，确保皮带输送机平稳运行是实现煤炭高效运输的关键[1]。皮带输送机在启动、停机瞬间会受到较大的外界冲击，驱动滚筒、皮带以及托辊均可能出现小范围移动，导致皮带输送机张紧力出现波动[2-5]。施加到皮带上的张紧力可避免带式输送机打滑，并为皮带输送机平稳运行创造良好条件[6]。通过采用先进的自动张紧装置可实现张紧力随负载、皮带输送机工作状态动态变化，从而提升皮带输送机煤炭外运效率[7]。以山西某矿+650 m 水平运输大巷内布置的DSJ-800 皮带输送机为研究对象，基于PLC 提出皮带输送机张紧力自动控制系统，并进行工程应用分析。

1 皮带输送机常见张紧系统分析

1.1 固定式

此种张紧方式一般使用螺旋杆固定输送机滚筒，确保输送机在运行过程中皮带行程不会发生变化；输送机皮带张紧力调整依靠改变滚筒位置实现，滚筒位置调节依靠螺旋杆输送机导轨上来回移动实现，此种调节方式容易给输送机产生较大的冲击作用，具体结构如图1 所示。

图1 固定式张紧装置结构图

1.2 重力式

该种张紧方式是利用滑轮组、钢丝绳将重锤挂于输送皮带一端，利用重锤重力给皮带施加一定张紧力；重力式张紧系统结构相对简单，后期维护以及使用成本均较低。但是由于重锤一直给皮带施加较大的张紧力，会增加皮带、滚筒以及托辊等磨损，从而降低皮带服役时间。

1.3 自动式

此种张紧方式是基于自动化控制技术实现，具体工作原理为采用张力传感器对皮带张紧力变化进行监测，并依靠张紧执行机构、张紧小车、滑轮组、减速器以及控制器等组合根据需要调整皮带张紧力；自动式张紧系统具有张紧力调节方便、自动化程度以及控制精度较高等优点，具体自动式张紧系统工作原理见图2 所示。文中就基于现有的自动式张紧系统结构设计自动张紧控制系统，以便提高张紧系统工作效率以及适应性。

图2 自动式张紧系统结构

2 自动张紧控制系统

2.1 自动张紧控制系统结构

具体+650 m 水平运输大巷内DSJ-800 皮带输送机上使用的自动张紧装置结构见下页图3 所示，组成结构包括张紧小车、皮带、张紧力产生装置；张紧滚筒、改向滚筒以及控制器等构成。张紧滚筒与皮带缠绕连接，通过摩擦力带动皮带转动，滚筒与皮带间的摩擦因数、转动惯量直接影响皮带装进情况以及工作效率；张紧力产生装置由液压油缸推动张紧小车、带动张紧滚筒移动实现张紧力调节；张力控制设备通过PLC 分析传感器监测到的张紧力变化，并按照预先设定的控制程序发出张紧力调节控制指令。

图3 自动张紧控制系统结构图

2.2 张紧力控制系统工作原理

张紧力控制系统结构包括PLC、驱动电机、张力传感器、行程开关以及驱动电机等组成。张紧力控制系统随皮带输送机运行同步开展工作，皮带输送机启动后张紧力传感器将获取到的皮带张紧力传输给PLC；PLC 将皮带实际张紧力值与设定张紧力值进行比对，并发出相应的张紧抱闸启、停指令，通过张紧电机正向、反向转动调整张紧力；张紧电机带动传动结构运转，调整皮带张紧力，当PLC 监测到皮带张紧力平衡后张紧电机停机并通过内部抱闸抱死，确保皮带张紧力一直处理合理范围内。具体张紧力控制系统工作流程框图见图4。

图4 张紧力控制系统工作流程框图

2.3 硬件结构确定

2.3.1 PLC 确定

PLC 是整个皮带输送机自动张紧控制系统核心，根据张紧控制需要选择使用ControlLogix 系列PLC、控制系统。选用的PLC 内置有丰富的通信模块、软件编程模块以及输出输出模块，通过RS485通信系统与张紧装置其他硬件设备（主控电机、张紧电机、张紧力传感器等）进行通信。

2.3.2 张紧力采集

在整个张紧力控制系统中如何实现皮带张紧力采集是需要重点解决的问题，具体选用的张紧力采集系统硬件结构包括张紧力传感器、变送器、张力显示仪表等设备，将张紧力传感器置于钢丝绳上并通过钢丝绳与皮带张紧力监测，具体安装位置见图5所示。传感器监测值监测信号通过4 芯屏蔽线传输，获取到的张紧力首先由BMSP-120 变送器放大检测信号，并将模拟信号同步转化为5～20 mA 电信号，PLC 对传感器监测信号进行计算、逻辑分析，最终将监测到的张紧力通过张紧力仪表上实时显示。

图5 张力传感器安装位置示意图

选择采用的张紧力传感器型号为PR6201，额定工作电压24 V，最大过载倍数1.5；选用的BMSP-120 变送器输入、输出型号分别为0.6～3.0 mA、5～20 mA。

4 现场应用效果分析

山西某矿设计产能为260 万t/年，主采的3 号煤层赋存稳定，煤层厚度3.6 m、倾角5°，现井下有3206 综采工作面处于回采阶段。+650 m 水平运输大巷是矿井煤炭外运主要通道，巷道长度2 980 m。

将张紧控制系统应用到+650 m 水平运输大巷内DSJ-800 皮带输送机，并对皮带输送机在启动、停止以及正常运行等工况下皮带张紧力变化情况进行监测、分析。现场应用表明，输送机正常运行过程中皮带张紧力保持在相对稳定状态，张紧控制系统工作平稳；皮带输送机在轻载、重载等状态下运行时均未出现打滑、跑偏等故障；张紧小车在位置调整过程中未出现卡涩、调整不及时或者异常振动等情况；张紧控制系统可实时显示皮带张紧力，且显示精度高。