皮带测速装置综合检测

王越

（河北港口集团秦皇岛港股份有限公司第七港务分公司，河北秦皇岛 066000）

关键字：皮带速度检测；PLC 程序；快速有效

0 引言

皮带速度检测开关是广泛应用在港口运输行业的一种安全保护装置，对皮带欠速保护起到很大作用。因其不需要与旋转机械装置连接，极大减少了转动机构振动对测速装置的影响。在速度开关完好时，皮带运转的情况下继电器动作检测速度，能够有效的进行皮带欠速保护。但是当供电线路故障或者速度开关元件损坏时，皮带启动后速度开关的继电器不会变化，其对应的PLC 输入点状态不会变化，则PLC 程序上的“皮带欠速”可能一直处于无故障状态，皮带运行失去欠速保护作用，存在安全隐患。此外，因其技术特点，无法在安全保护装置专项检查过程中对测速装置进行快速有效的检查。基于本质安全的工作思路，需要修补设计上的安全漏洞，对皮带进行更加安全有效的保护。

1 背景

在港口皮带运转过程中，为了保证皮带机正常运转，常用的保护装置有拉绳开关、堵斗开关、防撕裂开关、跑偏开关、皮带速度检测开关等。其中皮带速度检测开关，是港口运输行业中非常重要的一种安全保护装置，直接影响着设备安全稳定运行。尤其在雨雪天气情况下，皮带与滚筒摩擦力降低，极有可能造成皮带打滑，继续长时间运转，会造成严重的火灾，给公司造成严重的经济损失。在今年的日常安全保护检查过程中经常发现皮带测速检测开关失去保护功能，但并不影响皮带运转的现象。经过研究发现，现场使用的测速保护装置存在固有的设计缺陷，在某些特定情况下，无法起到有效的保护作用。而且打滑限位的检测也十分费时费力，影响作业效率。对Logix5000 PLC 程序编译、滚筒挡铁改造有效的对保护装置进行优化。

2 对测速开关安全的改进

秦皇岛港煤四期扩容装卸设备的所有皮带使用的测速装置均为ESPB-030 型号的电子式速度开关。这种速度开关智能型，一体化结构，设置、安装、调试简单。非接触探测器无运动部件、无磨损、寿命长、极大减少了转动机构振动对测速装置的影响。保护结构为IP67 等级，即使在恶劣的室外环境中也无障碍动作。在长期的使用过程中对皮带欠速保护起到很大作用。

2.1 ESPB-030 速度开关的设计原理

ESPB-030 速度开关内设有数码开关，可以直接在现场设定动作转速和延时时间；其与检测片的距离可调整到18 mm，使其不会受到机械振动等影响；工作电压AC 220 V±10%，测速范围20～999 r/min，整机功耗＜15 W，开关形式为一组开点、一组闭点，环境温度-15～40 ℃；保护结构采用IP67 等级，适合现场环境使用。

其基本原理是当被检测机械装置启动后，其轴速在预先设定好的速度以下时，继电器开始动作检测速度。当在设定的时间内速度达到设定动作转速时，即显示皮带欠速无故障；当在超过设定时间后，皮带仍没有达到设定动作转速时，即显示皮带欠速故障。限位内部自带延时，可降低限位误动作的概率。

2.2 基于PLC 程序控制的测速装置特点

速度开关用于现场设备中，将限位开闭点信号接近PLC 程序中，并编译程序进行控制。现场速度开关当皮带运转时，供电电源接AC 220 V 电压，常闭点COM-NC 接DC 24 V 电压进PLC的输入模块。速度开关在不同情况下的具体状态见表1：

表1 速度开关各种状态

2.3 设计自检测的PLC 控制程序

由表1 可知，当无供电电源或速度开关本身损坏时，速度开关继电器有可能不动作，不显示“皮带欠速故障”。而且该限位外壳无指示灯，有无供电电源只能打开限位外壳来判断。作为皮带机重点安全保护装置，限位的失效有可能造成重大机损事故，对企业生产造成极大的影响。针对原有设计中限位状态无变化，也无法报故障的缺陷，从程序、硬线连接两个方向进行优化。原设计中，打滑开关程序中选用的是闭点，皮带未启动时是断开的状态。这也是限位故障后，不能及时发现的主要原因。优化后的程序上选用限位的开点，同时限位220 V 电源由原来的启动后供电变为长得电。改造后限位在设定时间内无状态变化，就可以判定限位失效或是真打滑。正常情况下，皮带到达指定速度，程序中开点断开。此外可以运用Logix5550的上升沿OSR 和下降沿OSN 指令来捕获继电器是否有动作变化，检测电源供电和速度开关是否正常，同时将检测的结果作为“皮带欠速”的一个新的输入条件。当皮带真打滑欠速或测速装置本身故障时都将及时报警“皮带欠速故障”，解决了设计缺陷，实现了对皮带更有效的进行安全保护。双重保护装置检测，确保限位稳定运行。皮带测速装置自检测程序如图1所示。

图1 皮带测速装置自检测程序

除了皮带测速装置自检测程序优化，通过与三班运行人员的交流，又发现了一个可能对设备造成损伤的设计问题。三班人员反应，有时候皮带打机侧时显示皮带打滑，但是正常流程启动，不报皮带打滑。这种情况有可能对设备故障判断造成偏差。经过程序的分析研究，发现原设计中，皮带启动命令给出后，皮带并不是立即启动，还要经过皮带报警等一些其他延时。因为皮带打滑检测自身延迟，加上皮带长短不同，皮带启动报警时间不同，每条皮带设定的打滑检测延时各不相同。皮带启动一般分为机侧启动、正起流程、逆启流程，启动命令给出后，到皮带正常启动因为启动方式的不同，造成限位检测投入的时间也不同。针对程序上这一设定缺陷，直接选择皮带启动反馈点进行替代。程序优化后，无论何种启动方式，限位都在同一个规定时间内投入检测，直接解决了皮带启动打滑装置检测不同步的问题。

3 针对专项检查的改进

改进专项检查项目，使之适用于基于测速装置自检测设计的日常点检。原有检测片是固定焊接在转动机构上的，维修电工在安全保护装置的专项检查过程中，重点检查测速开关的外观及开关附近的线路。若想检测安全保护装置有效性，需打开限位后盖，将设定转速调高，或将限位底座拆除，使限位远离检测挡铁。若皮带正常运行不停止，则不能直接判断速度开关是否完好。由于港口湿度、盐度较高，底座螺丝拆除难度较大，每次检测都会对作业时间有较大影响。现将检测片设计成可拆卸的检测片，可拆卸检测片安装原理类似滑板车扶手上下调节装置，采用一个开有偏心空的外圈，内圈安装有一弹簧突起装置，在需要拆卸时，按压弹簧突起装置，可以增大外管内壁与外壁之间的间隙，从而将内圈释放，即当维修电工专项检查时，将检测片拆下后，再通知运行人员机侧启动皮带。若皮带转到超过设定时间后仍运行，说明测速装置失去保护作用，则可以快速判断出速度开关损坏或供电电源故障，可以及时进行维修。此项改进操作简单，检测效果稳定可靠，运用到日常检查过程中，极大地缩短了安全保护装置的排查时间，在公司内部已经广泛推广。改造后的可拆卸测速检测片如图2 所示。

图2 改造后的可拆卸测速检测片

4 结束语

2021 年6 月，部门开始针对现场设备皮带测速装置存在的问题进行分析研究和理论设计，利用公司生产的空闲时间进行多次现场试验，最终得出一套简单易掌握的测速装置综合检测方法。首先在取料机、皮带机上进行试验测试，基于上述技术方案编写程序，写进取料机、皮带机PLC 系统，同时将改向滚筒上的固定检测片更换为可拆卸检测片。对实施内容分别进行了模拟失速测试，效果良好，能够有效的检测速度开关自身的状态，保证对皮带欠速进行有效的保护，避免设备故障的发生。改进实施后，提前发现了多次失速开关因电源故障导致的限位失效问题，为公司稳定生产提供了有力的保障。改进基于本质安全的工作思路，弥补了设计上的安全漏洞，有以下4 个创新点：①利用PLC 程序设计来弥补保护开关本质上的漏洞，系统运行更加稳定；②同时运用Logix5550 中的上升沿及下降沿指令，简单便捷，易推广，易编辑修改，省时省力；③将固定检测片升级成可拆卸的检测片，可以快速、有效地解决巡视点检人员检测保护开关的问题；④避免速度开关的重新选型，减少成本支出。