TD75型带式输送机主动纠偏系统设计研究_翟浩.pdf

1432023 年第 5 期翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究收稿日期 2022-10-19作者简介 翟浩（1994），男，山西大同人，2018 年毕业于辽宁工程技术大学测控技术与仪器专业，本科，助理工程师，研究方向：检测监控。翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究翟 浩（晋能控股煤业集团辅助运输管理部，山西 大同 037001）摘 要 针对忻州窑煤矿 TD75 带式输送机皮带跑偏监测系统存在的灵敏度低、无法直观显示跑偏量且不具备自动纠偏调节，导致带式输送机带故障运行的问题，进行集跑偏检测、纠偏、保护功能为一体自动纠偏系统设计，系统采用 CAN 总线通信方式进行皮带运行状态数据收集，通过系统设定的纠偏策略，自动控制纠偏执行机构动作，并利用 MCGSE 嵌入式组态软件配合嵌入式一体化触摸屏实现可视化，验证了系统的远程/就地控制模式切换、定向跑偏主动纠偏、重度跑偏自动控制等功能。关键词 自动纠偏；CAN 总线；跑偏检测中图分类号 TD63+4.1 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.046Design and Research of the TD75 Type Belt Conveyor Active Deviation Correction SystemZhai Hao(Jinneng Holding Coal Industry Group Auxiliary Transportation Management Department,Shanxi Datong 037001)Abstract:In view of the problem of low sensitivity,inability to visually display the deviation amount,and lack of automatic deviation correction adjustment in the TD75 belt conveyor belt deviation monitoring system of Xinzhouyao Coal Mine,which leads to belt fault operation of the belt conveyor,an automatic deviation correction system is designed that integrates deviation detection,correction,and protection functions.The system uses CAN bus communication to collect belt operation status data,through the deviation correction strategy set by the system,the action of the deviation correction actuator is automatically controlled,and visualization is achieved using MCGSE embedded configuration software combined with embedded integrated touch screen.The systems functions of remote/local control mode switching,directional deviation active correction,and severe deviation automatic control are verified.Key words:automatic deviation correction;CAN bus;deviation detection 1 概况忻州窑煤矿综采作业全部实现机械化，煤炭运输主要设备为 TD75 型带式输送机，配置带式输送机跑偏监测系统。系统采用结构简单的接触式跑偏监测装置，只能实现宽范围的跑偏监测，且不具备自动纠偏功能。2022 年上半年，由于系统的监测精度低、智能化程度低导致带式输送机三次出现因跑偏引起的皮带断裂，严重影响忻州窑煤矿的生产效率。基于此进行带式输送机自动纠偏系统设计，主要实现以下功能：设置上位机进行实时跑偏量显示；在跑偏阈值范围内自动进行纠偏控制；超过跑偏阈值后控制带式输送机自动停机并发出声光报警；系统记录带式输送机运行状态数据，并具备历史查询功能。2 自动纠偏控制系统控制流程主动纠偏系统的控制流程如图 1。系统分为编程模式、手动模式以及自动模式1-2，通过编程模式操作人员可以对系统进行参数设定与调整，用于系统调试与校准；手动模式可以通过控制平台对系统控制的纠偏执行机构实现手动操作，同时执行机构状态传感器完成纠偏状态显示；自动模式是系统的主运行状态，跑遍状态监测传感器实时采集带式输送机状态数据3，并上传至系统数据处理系统，根据设定的校准精度自动判断跑偏位置以及跑偏量，1442023 年第 5 期按照程序设定启动需执行纠偏动作的纠偏托辊以及纠偏量，动作完成后自动校验纠偏结果4-5，检测皮带是否达到指定位置。当系统识别跑偏传感器监测的跑偏量超过系统设定的极限跑偏量，控制系统发出声光报警以及停机指令，并在上位机记录跑偏量以及跑偏位置。图 1 主动纠偏系统控制流程图3 自动纠偏控制系统设计自动纠偏控制系统软件总体设计采用分散控制、集中监控原则，软件结构框架如图 2，分为下位机程序、上位机程序以及网络通信6。下位机程序实现对现场控制设备，如位置传感器、纠偏执行机构（泵站、电磁阀、油缸）等的信号采集、数据处理，并将数据传输到可编程控制器中，经逻辑运算按照程序设定输出纠偏执行机构动作信号；上位机程序提供操作人员登录界面、系统参数设定界面、监测对象状态显示界面、历史状态查询与报表打印功能以及故障报警执行与查询界面等7-8，能够实现纠偏控制系统的可视化；网络通信采用工业以太网以及现场总线技术结合模式，采用 CAN 总线对现场设备与传感器进行信息传输，监控层与控制层之间则利用以太网实现通信9。图 2 控制系统软件结构框架图3.1 系统硬件设计自动纠偏系统核心硬件：1）跑偏检测装置跑偏检测装置原理为通过实时监测滚轮与皮带的垂直度计算皮带的运行状态，通过装置上的旋调结构可以调节安装位置。系统设定最大跑偏范围为30 mm，因此跑偏检测装置安装在皮带两侧并与之间隔 30 mm 处。2）拉线位移传感器拉线位移传感器用于测量跟踪液压油缸的位置和动作执行情况，给控制系统实时反馈油缸位置和动作情况，传感器技术参数为：电源为DC10-24 V；输出模式为 420 mA 电流信号；测量量程 50 mm；测量误差 fs0.2%；防护等级 IP55。3）信号采集及执行控制系统信号采集及执行控制系统主要为采集皮带跑偏信号及执行控制系统发出的纠偏指令，每组主动纠偏执行机构配置一套信号采集及执行控制系统。4）主动纠偏执行机构纠偏执行机构包括中心回转槽型纠偏托辊组、动力装置及传感器，利用皮带与托辊的摩擦力分解出的调偏牵引力进行纠偏，位移传感器与倾角传感器采集的跑偏数据与倾角数据传输给信号处理系统，控制动作机构执行纠偏动作。3.2 系统软件设计系统采用数据并行能力强的 MCGSE 嵌入式组态软件配合嵌入式一体化触摸屏实现系统控制可视化。图 3 为上位机监控主界面，集成系统状态显示、手/自动控制转换、手动纠偏执行机构控制、历史数据查询、报警、复位等核心功能。带式输送机的跑偏状态以及纠偏结果通过指示灯三种不同颜色表示，绿色代表运行正常，红色代表监测部位跑偏，黄色代表通信故障。图 3 系统上位机监控主界面4 应用效果为检验设计的自动纠偏系统的功能性，忻州窑煤矿将该系统应用在 DT75 型带式输送机连锁控制1452023 年第 5 期翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究翟 浩：TD75 型带式输送机主动纠偏系统设计研究主系统中，进行远程/就地控制模式切换功能、定向跑偏主动纠偏功能、重度跑偏自动控制功能测试。4.1 远程/就地控制模式切换试验操作人员手动点选远程/就地切换按钮后，信号采集与执行控制模块脱离 CAN 总线，上位机主界面系统显示“手动控制状态”，主界面右下方泵站启动、泵站关闭、左纠偏、右纠偏、停止纠偏执行按钮高亮激活，表明远程/就地切换功能正常。4.2 定向跑偏主动纠偏试验手动调整带式输送机的单辊纠偏器后启动带式输送机，皮带在运行过程中会自动跑偏，控制跑偏量在 30 mm 范围内，并使用 MCGS 触摸屏采集左右跑偏量、拉线位移传感器数据、纠偏角度数据等绘制随时间变化曲线图如图 4。可以看出系统能够快速监测到皮带发生左跑偏，上位机界面 2#指示灯变色，指示跑偏发生位置，随后系统开始自动纠偏，8 s 后 2#指示灯恢复，通过曲线图可以看出系统在8 s 后完成了纠偏操作；系统拉线位移与跑偏量基本对应，且方向相反，纠偏角度大小与跑偏量成正相关，系统定向跑偏主动纠偏功能正常。图 4 数据随时间变化曲线图4.3 重度跑偏自动控制试验为检验带式输送机在超过极限跑偏量后，控制系统的自动停机与报警功能，控制带式输送机左跑偏 140 mm 左右后启动带式输送机，上位机界面（见图 5 所示）2#位置指示灯变色，跑偏量显示框显示左跑偏达到 142 mm，右侧跑偏角度达到-15，自动控制系统发出声光报警，上位机界面弹出“2#位置跑偏超限，请尽快处理”字样，带式输送机强制故障停机，表明自动纠偏控制系统的极限跑偏停机功能正常。图 5 极限跑偏试验上位机界面5 结语1）主动纠偏系统基于倾角传感器和拉线位移传感器实时采集带式输送机状态数据，数据采集模块和执行控制模块采用 CAN 总线通信方式，按照程序设定启动需执行纠偏动作的纠偏托辊以及纠偏量，动作完成后自动校验纠偏结果；2）自动纠偏系统核心硬件包括跑偏检测装置、拉线位移传感器、信号采集及执行控制系统、主动纠偏执行机构，采用 MCGSE 嵌入式组态软件配合嵌入式一体化触摸屏实现系统控制可视化；3）通过试验检测了系统的远程/就地控制模式切换、定向跑偏主动纠偏、重度跑偏自动控制功能，系统功能稳定。【参考文献】1 张建宇.基于可编程控制器的带式输送机自动调偏装置设计 J.机械管理开发，2022，37（08）：262-264.2 陈伟.带式输送机皮带跑偏原因分析及自动纠偏措施研究 J.机械管理开发，2022，37（04）：345-346.3 张春辉，黄自松，刘达味.带式输送机多轴线托辊耦合纠偏系统的设计与应用 J.煤矿机械，2022，43（03）：152-154.4 许建红.基于 CAN 总线通讯的煤矿用带式输送机控制系统设计 J.江西煤炭科技，2022（01）：186-188.5 甘宝宁.带式输送机皮带跑偏现象原因分析及自动纠偏装置的设计 J.内蒙古煤炭经济，2021（15）：60-61.6 刘志明.基于 CAN 总线的带式输送机自移机尾电液控制系统设计研究 J.煤，2021，30（05）：77-79.7 王腾飞.矿用带式输送机智能化控制系统设计与应用 J.煤矿机械，2020，41（12）：183-186.8 王飞.矿用带式输送机跑偏原因及调心托辊纠偏特性实验研究 J.矿业装备，2020（04）：170-171.9 赵毅.气垫带式输送机在氧化铝粉的输送中皮带跑偏问题探讨J.科技创新导报，2020，17（15）：105-106.