矿井工作面刮板输送机自动张紧装置控制系统研究

孙 珂

（晋能控股煤业集团马道头煤业公司，山西 大同 037199）

引言

刮板输送机是矿山开采中不可或缺的组成部分，直接关乎到生产效率和效益。但是由于生产力度不断增加，生产环境愈加复杂化，传统的刮板输送机设备已经无法满足实际需求，迫切的需要进一步优化创新。通过自动化技术的应用，有助于精简生产环节，构建自动张紧装置控制系统，实现刮板输送机运行情况全面监管和控制，及时发现和解决设备故障问题，切实提升刮板输送机运行效率，但同时，自动张紧系统反应速度慢、故障率高和启动时容易跑偏等问题，还需要进一步优化和改进。

1 刮板输送机的原理

矿山生产活动中，刮板输送机是用于物料输送的牵引设备，具体运行中在刮板链条上牢牢固定刮板，通过液力耦合器以及传动装置作用下驱动链条运行，链条运动同时带动刮板实现物料的传输。在设备运行过程中，围绕链轮促使刮板输送机循环运行，提升矿山企业物料输送。

2 刮板输送机自动张紧装置控制系统构成分析

2.1 控制原理

自动张紧装置控制系统的构建，基于PLC 可编程控制器控制传感器来检测位移和压力等参数，实时监测伸缩油缸底压力变化情况，并结合链条张力变化来自动化控制伸缩油缸，进而实现物料运输。在合理范围内动态调整刮板输送机链条松紧度，在理想的松紧状态来满足作业需要，提升作业效率。

2.2 系统构成

就刮板输送机自动张紧装置控制系统构成来看，包含液控单元和电控单元两部分。其中电控单元，包含PLC 可编程控制器、直流电源、防爆数字输入模块、防爆数字输出模块、防爆模拟量输入模块以及传感器等部分构成[1]。液控单元涵盖安全阀、液控伸缩阀、是伸缩缸、电磁换向阀以及液控先导阀等部分，接受控制系统发送的伸缩信号控制电磁法运行，打开液控先导阀，注油到伸缩油缸中来动作，实现链条张力自动化调节，提升生产自动化水平。

3 刮板输送机自动张紧装置仿真分析

刮板输送机自动张紧装置控制系统的运行控制，首先借助专门软件进行方针分析，如，AMESIM 仿真分析软件。刮板输送机运行中，由于作业环境较为恶劣，作业强度较大，常见的一种故障问题则是刮板连张紧力下降，不可避免的出现掉链情况。故此，自动张紧装置运行中，油缸收缩后拉近链条，如果系统采样周期是0.1 s，仿真分析时间10 s，仿真分析和计算液压缸无杆侧压力、速度曲线与活塞杆位移、速度等指标。

张紧装置具体运行中，流程繁琐复杂，先收缩、再伸长，初期液压缸可能受到诸多因素影响，导致杆腔油液压力不符合要求，持续增加无杆腔侧压力。杆腔油液压力逐步升高，在到达液控单向阀开启压力后，系统泄流降低无杆腔压力，3 s 内收缩完成[2]。依据设定值来复位收缩阀和收缩阀，自动化控制活塞杆到预设位置。而在收缩过程中，由于液压油持续压缩膨胀，开启夜空单向阀，一定程度上增加了系统整体的泄油量。如果泄油量到预设值后，系统自动化补油带动液压系统的压力变化，对控制系统产生不同程度的冲击作用力，链条张力变化影响到刮板输送机安全稳定运行，增加后期的检修和维护成本。

4 刮板输送机自动张紧装置控制系统优化改良

4.1 控制逻辑

刮板输送机正常启动后，控制系统首先会检查装置的开关位置，如果装置正处于运行状态下自动化调整运行速度和缸底压力，对比系统预设标准值，实现链条张力的动态调节和把控。

4.2 设备选型

控制系统的优化改良，需要综合考量系统内部各模块的选择，具体包含数据采集单元、PLC 可编程控制器、电源模块以及传感器。中央处理单元作为控制系统的核心，基于西门子S7-300 可编程控制器优化设计，系列类型多样，具有较强的系统扩展性特点。MPI 口接显示器，配备MMC 存储卡实现程序和信息存储。

信号采集单元，主要是用于各个单元模块信息数据的采集和处理，同传感器I/O 模块连接，将采集的信号传输到控制中心；在控制中心将信号转换为显示信号，在显示屏上呈现[3]。进一步细化，信号采集单元包括数字量输入模块以及模拟量输入模块，前者用于接收指令和油位开关量信号，后者接收模拟量信号数值，如，减速箱冷却水压力参数。

传感器，为GUD60-Y2 本质安全压力传感器以及位移传感器。系统的电源模块要保证供电可靠，因此选择PS307/5A 电源模块，额定电压127VAC，额定电流1.7A，输出24VDC/5A，功耗为138W。

4.3 软件编程

软件编程阶段，首先需要设计良好的人机界面组态，借助专用通讯电缆以及软件进行系统编程；PLC软件编程，使用STEP7 软件来通讯、编程，而且技术人员也要注重硬件设施的完善情况，包括输入量、输出量是否准确连接，传感器连接是否合理。

PC 编程，硬件组态后依据具体需要在数据库中自动化选择；为不同模块自动分配地址，特殊情况下也可以人为修改。基于STEP 编写程序，编译后下载到CPU，并且为各个模块分配地址。

4.4 显示和故障预警单元

主控箱显示单元设计，优先选择液晶显示器，基于PLC 和总线电缆连接在一起，主控箱中安装报警灯，CPU 控制数字输出模块，发出预警值。如果传感器采集数据参数超出标准范畴，系统自动化预警，表面系统存在故障问题。

系统优化设计后，在测试阶段借助PLC 控制器软件进行监测分析，发现刮板输送机长时间运行下不可避免的导致链条张紧力逐步下降，超出预设标准范围后，夜空单元进行推缸、缩缸动作，维持链条张紧力在可控范围内。控制系统在运行中，故障几率可以得到显著下降，降低后期维护成本和人工劳动强度，切实提升刮板输送机的使用性能。另外，刮板输送机自动张紧装置优化改良后，推行电液比例换向阀，实现控制系统优化。相较于传统的控制技术，可以最大程度上降低系统冲击力、振动，降低链条跑偏、打滑等故障几率，控制链条张紧力在可控范围内，切实提升刮板输送机运行效率。

5 结语

矿井工作面生产环境较为复杂，面对不断增加的生产要求，积极推动生产技术和设备优化改良是必然选择。为了更好的满足矿山企业生产需要，积极推动刮板输送机自动张紧装置控制系统优化改良，有助于提升生产过程可靠性，提升设备运行性能的同时，延长设备使用性能。通过此种方式，积极优化生产流程，及时发现和解决刮板输送机运行中的故障问题，为企业带来更加可观的经济效益。