CN104291089B - 管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统 - Google Patents

管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统 Download PDF

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Abstract

管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，包括现场装置单元、电气控制机柜单元以及通讯单元；现场装置单元至少包括皮带实时叠合点追踪激光传感器以及伺服电机；电气控制机柜单元包括PLC控制器、伺服驱动器及电气回路，PLC控制器通过电气回路与伺服驱动器连接，伺服驱动器与现场装置单元的伺服电机连接；通讯单元包括连接电缆、GPRS无线传输器、PROFIBUS总线电缆。本发明针对管状皮带输送机可能发生的皮带偏移和扭曲等故障进行实时的偏移量监测，并通过PLC控制器来自动启动纠偏装置，达到针对皮带偏移纠正的目的，彻底解决皮带跑偏和扭曲故障，有效保护管状皮带输送机的安全运行；PROFIBUS和GPRS数据传输有利于整个保护控制系统的安装，技术维护方便，节约调试成本。

Description

管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统
技术领域
本发明涉及电站、煤矿、港口等行业中的管状皮带输送机的运行保护领域，具体涉及一种管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统。
背景技术
在电站、煤矿、港口等行业中应用广泛的管状皮带运输机，其运行过程中出现皮带跑偏和扭曲现象是常见的故障，故障发生的重点部位在管状皮带输送机的顶部及尾部。由于其顶部的负载过重，以及尾部受料不均匀从而引起皮带扭曲，会造成管状皮带输送机的皮带在头部或尾部翻面，或在滚筒上方产生折叠，甚至出现皮带折叠面反包的现象。管状皮带输送机的皮带成型段扭曲范围，以初始叠合点为基准的±30°以内为正常偏移值，若超出此极限，将导致输送机设备无法正常工作或损坏。这类故障将导致输送系统中的物料大量倾泻，价值昂贵的皮带彻底性损坏，从而进一步导致整套物料输送系统的故障停机，装置停工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有管状皮带运输机存在皮带跑偏和扭曲现象造成的上述缺陷，提供一种管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，针对管状皮带输送机在运行过程中发生的皮带位置偏移和扭曲进行自动监测并实施自动纠正和保护。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，包括三大单元：现场装置单元、电气控制机柜单元以及通讯单元；
所述现场装置单元至少包括皮带实时叠合点追踪激光传感器以及伺服电机，皮带实时叠合点追踪激光传感器用于采集管状皮带输送机需要追踪和反馈的信号源，伺服电机用于对管状皮带输送机的皮带叠合点进行位置追踪；
所述电气控制机柜单元包括PLC控制器、伺服驱动器及电气回路，PLC控制器通过电气回路与伺服驱动器连接，伺服驱动器与现场装置单元的伺服电机连接；电气控制机柜单元用于通过PLC控制器接收皮带实时叠合点追踪激光传感器采集的信号源并对其进行逻辑和过程程序运算，输出指令到伺服驱动器，伺服驱动器对现场装置单元的伺服电机进行管状皮带输送机的皮带叠合点的位置追踪控制；
所述通讯单元包括连接电缆、GPRS无线传输器、PROFIBUS总线电缆，所述连接电缆用于连接现场装置单元与电气控制机柜单元，GPRS无线传输器用于电气控制机柜单元的PLC控制器与第三方通讯端口数据传输，PROFIBUS总线电缆用于PLC控制器的通讯端口与其它同类型控制系统的PROFIBUS总线传输。
按上述方案，所述皮带实时叠合点追踪激光传感器包括第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2，管状皮带输送机的检测皮带通过辊轮合拢呈圆柱筒状，第一激光传感器LS1作用于检测皮带的外叠合端面(远离圆柱筒状皮带圆心的皮带端面)，第二激光传感器LS2作用于管状皮带输送机的检测皮带的内叠合端面(靠近圆柱筒状皮带圆心的皮带端面)。
按上述方案，所述现场传感器单元还包括一个皮带初始叠合点检测传感器，皮带初始叠合点检测传感器采用归零接近开关LS3，归零接近开关LS3安装在皮带最佳叠合点处。
按上述方案，所述电气控制机柜单元的电气回路设置有纠偏推杆控制回路，纠偏推杆控制回路包括纠偏推杆、纠偏装置使能继电器KC2，纠偏推杆通过纠偏装置使能继电器KC2的常开触点构成通断回路，纠偏装置使能继电器KC2线圈与PLC控制器的输出端口连接(纠偏推杆通过PLC控制器发出指令控制其工作)。
本发明的工作原理：通过现场装置单元的皮带实时叠合点追踪激光传感器追踪皮带的叠合点位置，并将追踪的信号源发送给电气控制机柜单元的PLC控制器，PLC控制器通过信号组合判断输出指令到伺服驱动器，伺服驱动器对伺服电机的运行轨迹进行位置追踪控制；同时，通过现场传感器单元的皮带初始叠合点检测传感器自动检测皮带的偏移量，发送信号给PLC控制器，PLC控制器根据偏移量运算来控制电气回路的纠偏装置，消除皮带偏移和扭曲故障，清除伺服电机在运动中产生的误差；通讯单元的GPRS无线传输器通过远距离无线GPRS数据传输方式传送和存贮PLC控制器的运行数据，实时监控和分析管状皮带输送机的偏移量，并由PLC控制器针对皮带纠偏装置发出指令，进行偏移纠正。在若干同类型保护控制系统的应用中，采用通讯单元的PROFIBUS总线电缆在同类型控制系统之间进行PROFIBUS总线数据通讯方式的数据共享。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1、针对管状皮带输送机可能发生的皮带偏移和扭曲等故障进行实时的偏移量监测，并通过PLC控制器来自动启动纠偏装置，达到针对皮带偏移纠正的目的，彻底解决皮带跑偏和扭曲故障，有效保护管状皮带输送机的安全运行；
2、PLC控制器的实时监控和存贮的皮带偏移和纠正数据通过GPRS无线数据传输模式和PROFIBUS总线数据传输模式传送到联网计算机和其它同类型控制系统，进行技术分析和数据共享；针对电站、煤炭、港口行业等行业中工厂布局较大、设备分布位置较分散，距离较远的特点，更有利GPRS的无线数据传输技术的应用；同时，PROFIBUS总线传输技术，可以降低各个同类型控制系统之间数据共享的经济成本；
3、整个保护控制系统合理布局，占地面积小，适用范围广，PROFIBUS和GPRS数据传输有利于控制系统的安装，技术维护方便，节约调试成本。
附图说明
图1是本发明管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统的整体结构示意框图；
图2是本发明的电气回路原理图；
图3是本发明PLC控制器与伺服驱动器的控制回路原理图；
图4是本发明管状皮带输送机的叠合点、内叠合端面、外叠合端面的结构示意图；
图5是本发明PLC控制器进行定位误差清除的局部示意图；
图6是本发明PLC控制器进行叠合点位置追踪的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图4所示，本发明所述的管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，包括三大单元：现场装置单元、电气控制机柜单元以及通讯单元；
所述现场装置单元包括皮带实时叠合点追踪激光传感器、皮带初始叠合点检测传感器以及伺服电机，皮带实时叠合点追踪激光传感器用于采集管状皮带输送机需要追踪和反馈的信号源，皮带初始叠合点检测传感器采用归零接近开关LS3，归零接近开关LS3安装在皮带最佳叠合点处，归零接近开关LS3用于寻找360°零点，伺服电机用于对管状皮带输送机的皮带叠合点进行位置追踪；
所述电气控制机柜单元包括PLC控制器、伺服驱动器及电气回路，PLC控制器通过电气回路与伺服驱动器连接，伺服驱动器与现场装置单元的伺服电机连接；电气控制机柜单元用于通过PLC控制器接收皮带实时叠合点追踪激光传感器采集的信号源并对其进行逻辑和过程程序运算，输出指令到伺服驱动器，伺服驱动器对现场装置单元的伺服电机进行管状皮带输送机的皮带叠合点的位置追踪控制；
所述通讯单元包括连接电缆、GPRS无线传输器、PROFIBUS总线电缆，所述连接电缆用于连接现场装置单元与电气控制机柜单元(包括图1所示的工厂供电电缆、纠偏推杆供电电缆、电机回路电缆、控制电压电缆等等，连接电缆的引入方式有两种：方式一如图1所示；方式二可使用伺服电机厂家配套的专用电缆插头进行接口插接，优势在于安装方便，使用快捷，劣势在于插接距离较短，长度≤5米)，GPRS无线传输器用于电气控制机柜单元的PLC控制器与第三方通讯端口数据传输，PROFIBUS总线电缆用于PLC控制器的通讯端口与其它同类型控制系统的PROFIBUS总线传输。
所述皮带实时叠合点追踪激光传感器包括第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2，管状皮带输送机的检测皮带通过辊轮合拢呈圆柱筒状，第一激光传感器LS1作用于检测皮带的外叠合端面(远离圆柱筒状皮带圆心的皮带端面)，第二激光传感器LS2作用于管状皮带输送机的检测皮带的内叠合端面(靠近圆柱筒状皮带圆心的皮带端面)，第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2用于追寻皮带的偏移角度。
所述电气控制机柜单元的电气回路设置有纠偏推杆控制回路，纠偏推杆控制回路包括纠偏推杆、纠偏装置使能继电器KC2，纠偏推杆通过纠偏装置使能继电器KC2的常开触点构成通断回路，纠偏装置使能继电器KC2线圈与PLC控制器的Q1.0输出端口连接，纠偏推杆通过PLC控制器发出指令控制其工作与否。
如图3所示，所述PLC控制器采用德国SIEMENS的S7200系列CPU集成化PLC控制器，包括14个开关布尔量DI信号输入点、10个开关布尔量DO信号输出点，其中Q0.1和Q0.2两个DO信号输出点具有高速脉冲输出功能，这种集成化结构的PLC控制器，可以有效地实施开关量信号采集、输出以及脉冲指令发送功能。
本发明管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统具体工作过程如下：
管状皮带输送机通常采用厚度为25～30mm的柔性皮带，利用辊轮合拢皮带，将皮带形成圆柱筒状，从而达到密封物料的目的。在皮带的重合折叠末端，会因为皮带的厚度而产生25～30mm的高低差，如图4所示，此处存在高低差的皮带折叠末端，称之为叠合点，远离圆柱筒状皮带圆心的皮带端面称之为外叠合端面，靠近圆柱筒状皮带圆心的皮带端面称之为内叠合端面。
皮带实时叠合点追踪激光传感器中第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2的检测精度为1mm；第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2分别作用于检测皮带的外叠合端面、内叠合端面，通过皮带叠合点的高低差来判断皮带叠合点的实际位置，并将“0”或“1”的布尔量信号传送到电气控制机柜单元的PLC控制器的输入端，从而精确有效的针对管状皮带输送机的皮带叠合点进行定位；其工作原理是：当第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2在其所设定的距离内扫描到遮光物体(皮带的外叠合端面、内叠合端面)存在时，将触发对应第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2开关的“闭合”(对应“1”的布尔量信号)或“断开”(对应“0”的布尔量信号)状态，第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2开关的“闭合”或“断开”状态反馈到PLC控制器的输入端，给PLC控制器提供“1”或“0”的布尔量信号。第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2具体设定检测距离和开关触点状态如下表1所示：
表1激光传感器设定检测距离和开关触点状态
第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2根据皮带叠合点的高低差来判断皮带叠合点的实际位置，并将开关触点状态(“1”或“0”的布尔量信号)传送到电气控制机柜单元的PLC控制器的输入端，如图3所示，LS1、LS2两个激光传感器反馈到PLC控制器的信号状态组合如下表2所示：
表2激光传感器反馈到PLC控制器的信号状态组合
激光传感器 反馈状态特征1 反馈状态特征2 反馈状态特征3 反馈状态特征4
LS1 断开(0) 闭合(1) 闭合(1) 断开(0)
LS2 断开(0) 断开(0) 闭合(1) 闭合(1)
检测结果 要求顺时针追踪 叠合点追踪到位 要求逆时针追踪 皮带叠合端面反包现象
如图5和图6所示，当PLC控制器得到上表2中的“特征1”传感器反馈状态时，将给伺服驱动器发出指令，伺服驱动器控制伺服电机沿顺时针旋转，进行皮带叠合点追踪，直至PLC控制器得到“特征2”传感器反馈状态，停止旋转电机。反之，如果PLC控制器得到上表中的“特征3”传感器反馈状态，则控制伺服电机沿逆时针旋转直至PLC控制器得到“特征2”传感器反馈状态，停止旋转电机。伺服电机的启停频率控制和动作方向由PLC程序控制，通过PLC程序控制具有高速脉冲功能的DO输出点Q0.0针对伺服驱动器发出电机动作指令，控制伺服电机的启动、停止、加速度和减速度功能；通过控制具有同样功能的Q0.2针对伺服驱动器发出电机方向指令，变更电机的动作方向。如果伺服驱动器以及伺服电机在工作过程中发生不可预测的故障导致伺服电机未按PLC程序指令工作，则由伺服驱动器的DO5+信号输出点驱动图3中的伺服系统故障指示灯HL4发出警告(如所示)，要求人工干预。如果PLC控制器得到上表中的“特征4”传感器反馈状态，则表示皮带折叠面存在反包现象，则由PLC的Q1.2信号输出点驱动图3中的皮带反包状态指示灯HL5发出警告，要求人工干预。
现场传感器单元还包括一个归零接近开关LS3，归零接近开关LS3安装在皮带最佳叠合点处，当皮带在顺时针或逆时针方向偏移时，伺服电机随之旋转追踪此皮带最佳叠合点，在追踪过程中，将会产生小量的移动计数误差；通过归零接近开关LS3，当伺服电机旋转一个周期，经过皮带最佳叠合点一次，归零接近开关LS3将触发一次信号传送给PLC控制器，PLC控制器将针对伺服电机的定位进行清零处理，一次循环过程中清除一次定位误差，从而解决因移动计数而积累的误差，达到叠合点的定位精准度即偏移检测的精准度。
PLC控制器发出控制指令通过伺服驱动器控制伺服电机运转时，同时记录伺服电机的旋转脉冲数量，通过PLC控制器的程序换算，将伺服电机的旋转脉冲数量转化成0～360°的实际角度值。当实际角度值即偏移检测值≥30°或者≤330°时，PLC控制器的Q1.0输出端口将发出指令，纠偏装置使能继电器KC2线圈通电，纠偏装置使能继电器KC2的常开触点闭合，通过控制电气回路中与纠偏装置使能继电器KC2的常开触点连接的纠偏推杆(图2所示的皮带纠偏装置)针对皮带进行纠偏，从而达到皮带偏移检测和纠偏的目的。
在本发明中，上述现场装置单元的信号采集，以及电气控制机柜单元的程序运算的全过程，都会通过通讯单元完成数据共享和记录。数据共享分两种方式：其一为通过GPRS无线传输器进行GPRS无线数据传输，将管状皮带输送机保护系统所有的工作数据通过无线的方式传送到任何授权的互联网计算机；其二为通过PROFIBUS总线电缆与其它同类型控制系统的PROFIBUS总线传输，将同类型的全部管状皮带输送机保护系统的PLC数据进行交换共享，便利系统互锁控制。
本发明通过中国移动或者联通的网络搭载，将PLC控制器需要进行远程共享的数据通过GPRS无线传输器传送到指定的联网计算机，联网计算机记录存储各类数据，以便进行系统监测，技术分析和研究。同时，还可以利用专用的PROFIBUS总线电缆，将同类型的管状皮带输送机保护系统相互串联，实行PLC数据全局共享，达到系统与系统之间数据交换的目的。
以上所述为本发明的较佳实施例，旨在阐述本发明的典型实现方案。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，例如对某模块进行局部改动以增强其功能，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，其特征在于，包括三大单元：现场装置单元、电气控制机柜单元以及通讯单元；
所述现场装置单元至少包括皮带实时叠合点追踪激光传感器以及伺服电机，皮带实时叠合点追踪激光传感器用于采集管状皮带输送机需要追踪和反馈的信号源，伺服电机用于对管状皮带输送机的皮带叠合点进行位置追踪；
所述电气控制机柜单元包括PLC控制器、伺服驱动器及电气回路，PLC控制器通过电气回路与伺服驱动器连接，伺服驱动器与现场装置单元的伺服电机连接；电气控制机柜单元用于通过PLC控制器接收皮带实时叠合点追踪激光传感器采集的信号源并对其进行逻辑和过程程序运算，输出指令到伺服驱动器，伺服驱动器对现场装置单元的伺服电机进行管状皮带输送机的皮带叠合点的位置追踪控制；
所述通讯单元包括连接电缆、GPRS无线传输器、PROFIBUS总线电缆，所述连接电缆用于连接现场装置单元与电气控制机柜单元，GPRS无线传输器用于电气控制机柜单元的PLC控制器与第三方通讯端口数据传输，PROFIBUS总线电缆用于PLC控制器的通讯端口与其它同类型控制系统的PROFIBUS总线传输。
2.根据权利要求1所述的管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，其特征在于，所述皮带实时叠合点追踪激光传感器包括第一激光传感器LS1、第二激光传感器LS2，管状皮带输送机的检测皮带通过辊轮合拢呈圆柱筒状，第一激光传感器LS1作用于检测皮带的外叠合端面，第二激光传感器LS2作用于管状皮带输送机的检测皮带的内叠合端面。
3.根据权利要求1所述的管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，其特征在于，所述现场装置单元还包括一个皮带初始叠合点检测传感器，皮带初始叠合点检测传感器采用归零接近开关LS3，归零接近开关LS3安装在皮带最佳叠合点处。
4.根据权利要求1所述的管状皮带输送机跑偏扭曲保护控制系统，其特征在于，所述电气控制机柜单元的电气回路设置有纠偏推杆控制回路，纠偏推杆控制回路包括纠偏推杆、纠偏装置使能继电器KC2，纠偏推杆通过纠偏装置使能继电器KC2的常开触点构成通断回路，纠偏装置使能继电器KC2线圈与PLC控制器的输出端口连接。
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