1、前言
    皮帶輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)是用作生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備之間連續(xù)生產(chǎn)的紐帶，所以皮帶輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定與否直接影響生產(chǎn)秩序，輕則造成運(yùn)輸中斷影響生產(chǎn)，重則導(dǎo)致皮帶機(jī)著火燒毀皮帶機(jī)，給整個(gè)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(jī)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(yùn)輸設(shè)備公司的皮帶保護(hù)裝置，構(gòu)建一個(gè)完整的具有自診斷功能的皮帶機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)皮帶輸送機(jī)出現(xiàn)的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、堵料等常見故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、診斷，利用地址編碼器和綜合保護(hù)儀準(zhǔn)確顯示故障皮帶機(jī)以及故障信息，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，并在上位畫面實(shí)時(shí)顯示準(zhǔn)確的故障信息。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)停止皮帶上料甚至停止故障皮帶機(jī)并對(duì)上下游的設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，同時(shí)將此系統(tǒng)推廣應(yīng)用到對(duì)單輥、環(huán)冷機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)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(chǎng)和燃料破碎間由皮帶機(jī)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(jī)進(jìn)行充分混合制粒，通過皮帶機(jī)送往燒結(jié)機(jī)布料、點(diǎn)火和燒結(jié)然后對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻，將燒結(jié)礦通過皮帶機(jī)送往篩子進(jìn)行整粒，合格的燒結(jié)礦送往高爐進(jìn)行煉鐵，燒結(jié)返礦、高爐返礦重新返回?zé)�結(jié)配料倉(cāng)。系統(tǒng)生產(chǎn)工藝如圖1所示。兩臺(tái)550m2燒結(jié)機(jī)共有54條皮帶機(jī)，其中傾角皮帶機(jī)22條（包括垂直皮帶機(jī)2條），三條皮帶的運(yùn)輸量達(dá)到1500t／h。
2.2  系統(tǒng)組成
    皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)主要用于對(duì)皮帶機(jī)的各種保護(hù)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理，皮帶輸送機(jī)常見的保護(hù)裝置為雙向拉繩開關(guān)、兩級(jí)跑偏開關(guān)、打滑檢測(cè)器、堵料檢測(cè)器、縱向撕裂檢測(cè)器。其中拉繩開關(guān)的事故信號(hào)、跑偏開關(guān)的兩級(jí)跑偏信號(hào)經(jīng)過地址編碼器編碼，通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線傳送到綜合保護(hù)儀上，綜合保護(hù)儀能夠集中管理存儲(chǔ)下掛的各開關(guān)的實(shí)時(shí)信號(hào)，并通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過MVI56-MCMR通信模塊連接到PLC系統(tǒng)。打滑檢測(cè)器、堵料檢測(cè)器、撕裂控制箱輸出故障信號(hào)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁箱，機(jī)旁箱內(nèi)設(shè)置RockwellAmorPoint（1738系列）PI_C遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jī)通過光纖連接到服務(wù)器使全廠自動(dòng)化控制具有實(shí)時(shí)性。圖2為皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)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(hù)儀是皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)中重要的部分。其中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)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(hù)儀作為上位機(jī)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(diǎn)的底層保護(hù)裝置發(fā)生故障時(shí)，便于故障點(diǎn)迅速查找及排除、系統(tǒng)維護(hù)和全局運(yùn)行。
2.2.1皮帶保護(hù)裝置
    皮帶輸送機(jī)常見的保護(hù)裝置為雙向拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、打滑檢測(cè)器、堵料檢測(cè)器、縱向撕裂檢測(cè)器。皮帶保護(hù)裝置具有對(duì)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視、故障檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)、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(cè)信息，由地址編碼器上傳至綜合保護(hù)儀，打滑檢測(cè)器、堵料檢測(cè)器、撕裂檢測(cè)器的故障信息由現(xiàn)場(chǎng)機(jī)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(jí)跑偏開關(guān)
    拉繩開關(guān)安裝在皮帶輸送機(jī)沿線兩側(cè)機(jī)架上，大約每?jī)蓚�(gè)開關(guān)之間距離為25—30米。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生緊急事故時(shí)，可拉動(dòng)系于擺臂上的鋼絲繩，擺臂旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)機(jī)內(nèi)凸輪并驅(qū)動(dòng)行程開關(guān)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)。
    當(dāng)運(yùn)行中的皮帶機(jī)發(fā)生跑偏時(shí)，皮帶機(jī)邊緣帶動(dòng)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(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)；如立輥繼續(xù)傾斜大于30度時(shí)，則輸出停機(jī)信號(hào)，皮帶機(jī)跑偏故障恢復(fù)正常后，立輥?zhàn)詣?dòng)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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，解決了現(xiàn)場(chǎng)人員尋找故障點(diǎn)所帶來的不便。當(dāng)拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)動(dòng)作時(shí)，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(shí)采用RS-485通信方式卜傳故障信息到綜合保護(hù)儀。
    2)打滑檢測(cè)器、堵料檢測(cè)器、撕裂檢測(cè)器
    打滑檢測(cè)器LED顯示屏上能夠?qū)崟r(shí)顯示皮帶機(jī)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(shí)，帶速下降至設(shè)定的報(bào)警點(diǎn)，檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁箱，PLC系統(tǒng)接收該信號(hào)作為報(bào)警或聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)，使皮帶機(jī)停止或放料口停止向皮帶機(jī)放料。
    溜槽堵塞檢測(cè)器用于檢測(cè)皮帶輸送機(jī)中的溜槽是否發(fā)生堵塞，溜槽內(nèi)發(fā)生堵塞時(shí)檢測(cè)器發(fā)出報(bào)警或停機(jī)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)人員可及時(shí)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(cè)器配有自鎖和輸入信號(hào)去抖動(dòng)環(huán)節(jié)，控制箱面板上設(shè)有報(bào)警指示燈，當(dāng)皮帶機(jī)膠帶發(fā)生撕裂時(shí)，控制箱接受感知器傳至的信號(hào)通過控制線路發(fā)出報(bào)警或停機(jī)信號(hào)。
2.2.2綜合保護(hù)儀
    綜合保護(hù)儀具有對(duì)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(cè)到的皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如報(bào)警、故障信息等，對(duì)由各設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)可用綜合保護(hù)儀對(duì)底層設(shè)備進(jìn)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(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)共用3臺(tái)綜合保護(hù)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(duì)全廠皮帶機(jī)的拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)進(jìn)行管理。綜合保護(hù)儀能夠自動(dòng)管理所連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而降低上位機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)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(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效率和可靠性，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。如上位機(jī)出現(xiàn)故障或通信連接中斷，綜合保護(hù)儀仍然能夠維持系統(tǒng)管理及正常運(yùn)行，此時(shí)綜合保護(hù)儀起到主站及上位機(jī)的作用，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。
    綜合保護(hù)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(shí)時(shí)上傳本地址的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)到綜合保護(hù)儀。綜合保護(hù)儀通過RS485現(xiàn)場(chǎng)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(hù)儀并實(shí)時(shí)提取各開關(guān)的信號(hào)。
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(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)的上位畫面，從PLC系統(tǒng)采集皮帶機(jī)拉繩，跑偏、打滑等故障信息。上位畫面上實(shí)時(shí)顯示皮帶機(jī)的運(yùn)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(yùn)行．以混合、燒結(jié)系統(tǒng)為例，圖3所示為皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)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(gè)皮帶的報(bào)警信息，包括拉繩、跑偏、打滑、堵料和撕裂等。出現(xiàn)報(bào)警信息時(shí)，相應(yīng)報(bào)警點(diǎn)會(huì)以黃色閃爍狀態(tài)顯示，當(dāng)解除皮帶機(jī)故障之后，點(diǎn)擊“復(fù)位”鍵即可以啟動(dòng)皮帶機(jī)。
    該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，操作簡(jiǎn)捷，運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)節(jié)約了維修資金。
    1)實(shí)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(jī)控制的自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率并減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度．保護(hù)系統(tǒng)多次對(duì)皮帶機(jī)出現(xiàn)的打滑、跑偏等故障進(jìn)行了及時(shí)報(bào)警與保護(hù)，避免了壓料、斷帶情況的發(fā)生，減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的負(fù)擔(dān)。
    3)提高了主控對(duì)生產(chǎn)管理的工作效率，主控人員能夠通過上位畫面的動(dòng)態(tài)顯示，及時(shí)掌握各條皮帶機(jī)的情況。
    4)實(shí)現(xiàn)崗位優(yōu)化，大部分皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)無人操作，無人看守．
3.2系統(tǒng)推廣
    皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)中所用的打滑檢測(cè)器標(biāo)配4 - 20mA模擬量輸出，將此檢測(cè)器應(yīng)用到單輥和環(huán)冷機(jī)等易出現(xiàn)打滑的設(shè)備上，檢測(cè)其是否出現(xiàn)失速現(xiàn)象．單輥破碎機(jī)是用于燒結(jié)機(jī)機(jī)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(cè)器安裝在單輥電機(jī)上，LED面板上實(shí)時(shí)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(shí)，聯(lián)鎖停止燒結(jié)機(jī)，避免單輥卡料造成停產(chǎn)。
    燒結(jié)礦經(jīng)單輥破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入環(huán)冷機(jī)利用鼓風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制鼓風(fēng)將溫度高達(dá)700～8000C的燒結(jié)礦冷卻到150℃以下。由于環(huán)冷機(jī)磨擦輪與磨擦板嚙合不緊容易發(fā)生失速現(xiàn)象，將一臺(tái)打滑檢測(cè)器安裝在環(huán)冷機(jī)臺(tái)車上，另一臺(tái)安裝在環(huán)冷機(jī)主電機(jī)上，兩個(gè)檢測(cè)器輸出均為減速比信號(hào)，將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)工藝要求若超過一定范圍視為環(huán)冷機(jī)打滑，聯(lián)鎖停止燒結(jié)機(jī)。
    單輥、環(huán)冷機(jī)安裝打滑檢測(cè)器之后，多次對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的打滑故障進(jìn)行了及時(shí)報(bào)警與保護(hù)，避免了設(shè)備損壞，防止了危險(xiǎn)的發(fā)生及事故的擴(kuò)散。
4、結(jié)束語
    結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和故障檢測(cè)、技術(shù)，開發(fā)了皮帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)。自投入使用以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。