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1、前言
    皮帶輸送機具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，是傳輸物料的主要設(shè)備之一。在燒結(jié)生產(chǎn)中，皮帶輸送機是用作生產(chǎn)機械設(shè)備之間連續(xù)生產(chǎn)的紐帶，所以皮帶輸送機運行穩(wěn)定與否直接影響生產(chǎn)秩序，輕則造成運輸中斷影響生產(chǎn)，重則導(dǎo)致皮帶機著火燒毀皮帶機，給整個生產(chǎn)帶來不可估量的損失Ⅲ。所以如何提前預(yù)警皮帶機的故障，盡量把故障控制在萌芽狀態(tài)十分重要。
    為了保證正常的生產(chǎn)秩序，首鋼京唐燒結(jié)分廠采用唐山市協(xié)力膠帶運輸設(shè)備公司的皮帶保護裝置，構(gòu)建一個完整的具有自診斷功能的皮帶機保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對皮帶輸送機出現(xiàn)的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、堵料等常見故障進行自動檢測、診斷，利用地址編碼器和綜合保護儀準確顯示故障皮帶機以及故障信息，現(xiàn)場發(fā)出聲、光報警信號，并在上位畫面實時顯示準確的故障信息。當(dāng)出現(xiàn)故障時，能及時停止皮帶上料甚至停止故障皮帶機并對上下游的設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，同時將此系統(tǒng)推廣應(yīng)用到對單輥、環(huán)冷機等現(xiàn)場設(shè)備的保護上，取得了良好的效果。
2、系統(tǒng)工藝及組成
2.1系統(tǒng)工藝
    燒結(jié)生產(chǎn)就是把混勻礦、返礦、燃料從料場和燃料破碎間由皮帶機送至配料室，再通過直拖式皮帶秤將這些含鐵原料、熔劑和燃料送入混合機進行充分混合制粒，通過皮帶機送往燒結(jié)機布料、點火和燒結(jié)然后對燒結(jié)礦進行冷卻，將燒結(jié)礦通過皮帶機送往篩子進行整粒，合格的燒結(jié)礦送往高爐進行煉鐵，燒結(jié)返礦、高爐返礦重新返回?zé)�結(jié)配料倉。系統(tǒng)生產(chǎn)工藝如圖1所示。兩臺550m2燒結(jié)機共有54條皮帶機，其中傾角皮帶機22條（包括垂直皮帶機2條），三條皮帶的運輸量達到1500t／h。
2.2  系統(tǒng)組成
    皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)主要用于對皮帶機的各種保護裝置進行實時監(jiān)測管理，皮帶輸送機常見的保護裝置為雙向拉繩開關(guān)、兩級跑偏開關(guān)、打滑檢測器、堵料檢測器、縱向撕裂檢測器。其中拉繩開關(guān)的事故信號、跑偏開關(guān)的兩級跑偏信號經(jīng)過地址編碼器編碼，通過RS485現(xiàn)場總線傳送到綜合保護儀上，綜合保護儀能夠集中管理存儲下掛的各開關(guān)的實時信號，并通過RS485現(xiàn)場總線經(jīng)過MVI56-MCMR通信模塊連接到PLC系統(tǒng)。打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂控制箱輸出故障信號經(jīng)過現(xiàn)場機旁箱，機旁箱內(nèi)設(shè)置RockwellAmorPoint（1738系列）PI_C遠程站．通過冗余ControINet總線與PLC本地站通訊。全廠通訊采用冗余千兆光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所有子系統(tǒng)（如：燒冷系統(tǒng)、燃破系統(tǒng)、配料系統(tǒng)等）都采用RockwellControlLogix(1756系列)冗余PLC控制系統(tǒng)，通過ControlNet總線與PI，C遠程站、變頻器以及其他系統(tǒng)本地站通訊。各子系統(tǒng)由交換機通過光纖連接到服務(wù)器使全廠自動化控制具有實時性。圖2為皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。
    如上圖所示，地址編碼器和綜合保護儀是皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)中重要的部分。其中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點設(shè)備主要由若干主站和若干從站組成，即多主多從結(jié)構(gòu)，其中主站通信采用總線令牌方式。PI。C系統(tǒng)作為主站、綜合保護儀作為上位機的從站接人通信網(wǎng)絡(luò)，主從站之間采用循環(huán)掃描方式通信，使得系統(tǒng)中當(dāng)某一結(jié)點的底層保護裝置發(fā)生故障時，便于故障點迅速查找及排除、系統(tǒng)維護和全局運行。
2.2.1皮帶保護裝置
    皮帶輸送機常見的保護裝置為雙向拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、打滑檢測器、堵料檢測器、縱向撕裂檢測器。皮帶保護裝置具有對皮帶輸送機進行現(xiàn)場監(jiān)視、故障檢測、自動保護、系統(tǒng)管理等功能。基于RS485總線通信協(xié)議，將拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)所提供的各種檢測信息，由地址編碼器上傳至綜合保護儀，打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂檢測器的故障信息由現(xiàn)場機旁箱傳至PLC系統(tǒng)，以供用戶查詢、決策。
    1)雙向拉繩開關(guān)、兩級跑偏開關(guān)
    拉繩開關(guān)安裝在皮帶輸送機沿線兩側(cè)機架上，大約每兩個開關(guān)之間距離為25—30米。當(dāng)皮帶運輸機現(xiàn)場發(fā)生緊急事故時，可拉動系于擺臂上的鋼絲繩，擺臂旋轉(zhuǎn)而帶動機內(nèi)凸輪并驅(qū)動行程開關(guān)，發(fā)出停機信號。
    當(dāng)運行中的皮帶機發(fā)生跑偏時，皮帶機邊緣帶動跑偏開關(guān)的立輥旋轉(zhuǎn)并擠壓立輥使之傾斜。若立輥傾斜角度大于12度時，立即發(fā)出報警信號；如立輥繼續(xù)傾斜大于30度時，則輸出停機信號，皮帶機跑偏故障恢復(fù)正常后，立輥自動復(fù)位。
    地址編碼器與拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)配合使用，能夠遠程監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，解決了現(xiàn)場人員尋找故障點所帶來的不便。當(dāng)拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)動作時，地址編碼器LED顯示屏上以閃爍的形式清晰地顯示該地址碼，同時采用RS-485通信方式卜傳故障信息到綜合保護儀。
    2)打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂檢測器
    打滑檢測器LED顯示屏上能夠?qū)崟r顯示皮帶機當(dāng)前帶速或轉(zhuǎn)速。當(dāng)膠帶與主滾筒之間出現(xiàn)打滑時，帶速下降至設(shè)定的報警點，檢測器發(fā)出信號至現(xiàn)場機旁箱，PLC系統(tǒng)接收該信號作為報警或聯(lián)鎖停機信號，使皮帶機停止或放料口停止向皮帶機放料。
    溜槽堵塞檢測器用于檢測皮帶輸送機中的溜槽是否發(fā)生堵塞，溜槽內(nèi)發(fā)生堵塞時檢測器發(fā)出報警或停機信號，現(xiàn)場人員可及時采取措施，以防止由物料堵塞溜槽而造成的惡性事故。
    撕裂檢測器配有自鎖和輸入信號去抖動環(huán)節(jié)，控制箱面板上設(shè)有報警指示燈，當(dāng)皮帶機膠帶發(fā)生撕裂時，控制箱接受感知器傳至的信號通過控制線路發(fā)出報警或停機信號。
2.2.2綜合保護儀
    綜合保護儀具有對拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)的管理功能，采集其所連接的底層設(shè)備檢測到的皮帶機運行狀態(tài)，如報警、故障信息等，對由各設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、分析，將這些數(shù)據(jù)或處理結(jié)果通過通信模塊傳送給PLC系統(tǒng)。同時可用綜合保護儀對底層設(shè)備進行參數(shù)設(shè)定，包括通信波特率、站地址等。
    根據(jù)工藝要求，皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)共用3臺綜合保護儀，分別安放在燃破系統(tǒng)過程站、配料系統(tǒng)過程站、燒冷系統(tǒng)過程站，對全廠皮帶機的拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)進行管理。綜合保護儀能夠自動管理所連接的現(xiàn)場設(shè)備，從而降低上位機的工作負擔(dān)，同時有選擇性地上傳系統(tǒng)急需得到的數(shù)據(jù)信息，大大提高了上位機對整個系統(tǒng)的監(jiān)測效率和可靠性，提高了系統(tǒng)的運行效率，節(jié)省了運行時間。如上位機出現(xiàn)故障或通信連接中斷，綜合保護儀仍然能夠維持系統(tǒng)管理及正常運行，此時綜合保護儀起到主站及上位機的作用，從而增強了系統(tǒng)的魯棒性。
    綜合保護儀與地址編碼器配合使用，采用RS-485接口的通信方式，地址編碼器實時上傳本地址的設(shè)備運行狀態(tài)到綜合保護儀。綜合保護儀通過RS485現(xiàn)場總線以及MV156-MCMR模塊連接到PLC系統(tǒng)上。PLC系統(tǒng)通過modbus協(xié)議訪問綜合保護儀并實時提取各開關(guān)的信號。
3、系統(tǒng)的應(yīng)用及效果
3.1系統(tǒng)的應(yīng)用
    利用工業(yè)組態(tài)軟件(RSView SE)開發(fā)皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)的上位畫面，從PLC系統(tǒng)采集皮帶機拉繩，跑偏、打滑等故障信息。上位畫面上實時顯示皮帶機的運行狀態(tài)，故障信息能夠顯示在上位畫面上，并根據(jù)工藝需要聯(lián)鎖控制上下游設(shè)備的運行．以混合、燒結(jié)系統(tǒng)為例，圖3所示為皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)部分上位畫面，西面中以列表方式顯示出混合、燒結(jié)系統(tǒng)各個皮帶的報警信息，包括拉繩、跑偏、打滑、堵料和撕裂等。出現(xiàn)報警信息時，相應(yīng)報警點會以黃色閃爍狀態(tài)顯示，當(dāng)解除皮帶機故障之后，點擊“復(fù)位”鍵即可以啟動皮帶機。
    該系統(tǒng)自投入運行以來，操作簡捷，運行穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟效益，為企業(yè)節(jié)約了維修資金。
    1)實現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性，確保了燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，提高了皮帶輸送機控制的自動化水平，大大降低了燒結(jié)生產(chǎn)的設(shè)備故障率．
    2)提高了勞動生產(chǎn)率并減輕了勞動強度．保護系統(tǒng)多次對皮帶機出現(xiàn)的打滑、跑偏等故障進行了及時報警與保護，避免了壓料、斷帶情況的發(fā)生，減輕了現(xiàn)場操作人員的負擔(dān)。
    3)提高了主控對生產(chǎn)管理的工作效率，主控人員能夠通過上位畫面的動態(tài)顯示，及時掌握各條皮帶機的情況。
    4)實現(xiàn)崗位優(yōu)化，大部分皮帶機實現(xiàn)無人操作，無人看守．
3.2系統(tǒng)推廣
    皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)中所用的打滑檢測器標配4 - 20mA模擬量輸出，將此檢測器應(yīng)用到單輥和環(huán)冷機等易出現(xiàn)打滑的設(shè)備上，檢測其是否出現(xiàn)失速現(xiàn)象．單輥破碎機是用于燒結(jié)機機尾燒結(jié)礦破碎的設(shè)備，由于齒輥和齒板之間容易有異物造成單輥失速。將打滑檢測器安裝在單輥電機上，LED面板上實時顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速．并將減速比上傳至PLC系統(tǒng)。當(dāng)單輥出現(xiàn)失速現(xiàn)象時，聯(lián)鎖停止燒結(jié)機，避免單輥卡料造成停產(chǎn)。
    燒結(jié)礦經(jīng)單輥破碎機破碎后，進入環(huán)冷機利用鼓風(fēng)機的強制鼓風(fēng)將溫度高達700～8000C的燒結(jié)礦冷卻到150℃以下。由于環(huán)冷機磨擦輪與磨擦板嚙合不緊容易發(fā)生失速現(xiàn)象，將一臺打滑檢測器安裝在環(huán)冷機臺車上，另一臺安裝在環(huán)冷機主電機上，兩個檢測器輸出均為減速比信號，將這兩個信號進行比較，根據(jù)工藝要求若超過一定范圍視為環(huán)冷機打滑，聯(lián)鎖停止燒結(jié)機。
    單輥、環(huán)冷機安裝打滑檢測器之后，多次對設(shè)備出現(xiàn)的打滑故障進行了及時報警與保護，避免了設(shè)備損壞，防止了危險的發(fā)生及事故的擴散。
4、結(jié)束語
    結(jié)合計算機控制技術(shù)和故障檢測、技術(shù)，開發(fā)了皮帶輸送機智能保護系統(tǒng)。自投入使用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。