1、前言
    皮帶輸送機具有輸送量大、結構簡單、維修方便等優點，廣泛應用于礦山、冶金、煤炭等行業，是傳輸物料的主要設備之一。在燒結生產中，皮帶輸送機是用作生產機械設備之間連續生產的紐帶，所以皮帶輸送機運行穩定與否直接影響生產秩序，輕則造成運輸中斷影響生產，重則導致皮帶機著火燒毀皮帶機，給整個生產帶來不可估量的損失Ⅲ。所以如何提前預警皮帶機的故障，盡量把故障控制在萌芽狀態十分重要。
    為了保證正常的生產秩序，首鋼京唐燒結分廠采用唐山市協力膠帶運輸設備公司的皮帶保護裝置，構建一個完整的具有自診斷功能的皮帶機保護系統。該系統能對皮帶輸送機出現的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、堵料等常見故障進行自動檢測、診斷，利用地址編碼器和綜合保護儀準確顯示故障皮帶機以及故障信息，現場發出聲、光報警信號，并在上位畫面實時顯示準確的故障信息。當出現故障時，能及時停止皮帶上料甚至停止故障皮帶機并對上下游的設備實現聯鎖控制，同時將此系統推廣應用到對單輥、環冷機等現場設備的保護上，取得了良好的效果。
2、系統工藝及組成
2.1系統工藝
    燒結生產就是把混勻礦、返礦、燃料從料場和燃料破碎間由皮帶機送至配料室，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進行充分混合制粒，通過皮帶機送往燒結機布料、點火和燒結然后對燒結礦進行冷卻，將燒結礦通過皮帶機送往篩子進行整粒，合格的燒結礦送往高爐進行煉鐵，燒結返礦、高爐返礦重新返回燒結配料倉。系統生產工藝如圖1所示。兩臺550m2燒結機共有54條皮帶機，其中傾角皮帶機22條（包括垂直皮帶機2條），三條皮帶的運輸量達到1500t／h。
2.2  系統組成
    皮帶輸送機智能保護系統主要用于對皮帶機的各種保護裝置進行實時監測管理，皮帶輸送機常見的保護裝置為雙向拉繩開關、兩級跑偏開關、打滑檢測器、堵料檢測器、縱向撕裂檢測器。其中拉繩開關的事故信號、跑偏開關的兩級跑偏信號經過地址編碼器編碼，通過RS485現場總線傳送到綜合保護儀上，綜合保護儀能夠集中管理存儲下掛的各開關的實時信號，并通過RS485現場總線經過MVI56-MCMR通信模塊連接到PLC系統。打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂控制箱輸出故障信號經過現場機旁箱，機旁箱內設置RockwellAmorPoint（1738系列）PI_C遠程站．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網結構，所有子系統（如：燒冷系統、燃破系統、配料系統等）都采用RockwellControlLogix(1756系列)冗余PLC控制系統，通過ControlNet總線與PI，C遠程站、變頻器以及其他系統本地站通訊。各子系統由交換機通過光纖連接到服務器使全廠自動化控制具有實時性。圖2為皮帶輸送機智能保護系統總體結構圖。
    如上圖所示，地址編碼器和綜合保護儀是皮帶輸送機智能保護系統中重要的部分。其中網絡結點設備主要由若干主站和若干從站組成，即多主多從結構，其中主站通信采用總線令牌方式。PI。C系統作為主站、綜合保護儀作為上位機的從站接人通信網絡，主從站之間采用循環掃描方式通信，使得系統中當某一結點的底層保護裝置發生故障時，便于故障點迅速查找及排除、系統維護和全局運行。
2.2.1皮帶保護裝置
    皮帶輸送機常見的保護裝置為雙向拉繩開關、跑偏開關、打滑檢測器、堵料檢測器、縱向撕裂檢測器。皮帶保護裝置具有對皮帶輸送機進行現場監視、故障檢測、自動保護、系統管理等功能�；�于RS485總線通信協議，將拉繩開關、跑偏開關所提供的各種檢測信息，由地址編碼器上傳至綜合保護儀，打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂檢測器的故障信息由現場機旁箱傳至PLC系統，以供用戶查詢、決策。
    1)雙向拉繩開關、兩級跑偏開關
    拉繩開關安裝在皮帶輸送機沿線兩側機架上，大約每兩個開關之間距離為25—30米。當皮帶運輸機現場發生緊急事故時，可拉動系于擺臂上的鋼絲繩，擺臂旋轉而帶動機內凸輪并驅動行程開關，發出停機信號。
    當運行中的皮帶機發生跑偏時，皮帶機邊緣帶動跑偏開關的立輥旋轉并擠壓立輥使之傾斜。若立輥傾斜角度大于12度時，立即發出報警信號；如立輥繼續傾斜大于30度時，則輸出停機信號，皮帶機跑偏故障恢復正常后，立輥自動復位。
    地址編碼器與拉繩開關、跑偏開關配合使用，能夠遠程監測現場設備的運行情況，解決了現場人員尋找故障點所帶來的不便。當拉繩開關、跑偏開關動作時，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，同時采用RS-485通信方式卜傳故障信息到綜合保護儀。
    2)打滑檢測器、堵料檢測器、撕裂檢測器
    打滑檢測器LED顯示屏上能夠實時顯示皮帶機當前帶速或轉速。當膠帶與主滾筒之間出現打滑時，帶速下降至設定的報警點，檢測器發出信號至現場機旁箱，PLC系統接收該信號作為報警或聯鎖停機信號，使皮帶機停止或放料口停止向皮帶機放料。
    溜槽堵塞檢測器用于檢測皮帶輸送機中的溜槽是否發生堵塞，溜槽內發生堵塞時檢測器發出報警或停機信號，現場人員可及時采取措施，以防止由物料堵塞溜槽而造成的惡性事故。
    撕裂檢測器配有自鎖和輸入信號去抖動環節，控制箱面板上設有報警指示燈，當皮帶機膠帶發生撕裂時，控制箱接受感知器傳至的信號通過控制線路發出報警或停機信號。
2.2.2綜合保護儀
    綜合保護儀具有對拉繩開關、跑偏開關的管理功能，采集其所連接的底層設備檢測到的皮帶機運行狀態，如報警、故障信息等，對由各設備采集的數據進行數據處理、分析，將這些數據或處理結果通過通信模塊傳送給PLC系統。同時可用綜合保護儀對底層設備進行參數設定，包括通信波特率、站地址等。
    根據工藝要求，皮帶輸送機智能保護系統共用3臺綜合保護儀，分別安放在燃破系統過程站、配料系統過程站、燒冷系統過程站，對全廠皮帶機的拉繩開關、跑偏開關進行管理。綜合保護儀能夠自動管理所連接的現場設備，從而降低上位機的工作負擔，同時有選擇性地上傳系統急需得到的數據信息，大大提高了上位機對整個系統的監測效率和可靠性，提高了系統的運行效率，節省了運行時間。如上位機出現故障或通信連接中斷，綜合保護儀仍然能夠維持系統管理及正常運行，此時綜合保護儀起到主站及上位機的作用，從而增強了系統的魯棒性。
    綜合保護儀與地址編碼器配合使用，采用RS-485接口的通信方式，地址編碼器實時上傳本地址的設備運行狀態到綜合保護儀。綜合保護儀通過RS485現場總線以及MV156-MCMR模塊連接到PLC系統上。PLC系統通過modbus協議訪問綜合保護儀并實時提取各開關的信號。
3、系統的應用及效果
3.1系統的應用
    利用工業組態軟件(RSView SE)開發皮帶輸送機智能保護系統的上位畫面，從PLC系統采集皮帶機拉繩，跑偏、打滑等故障信息。上位畫面上實時顯示皮帶機的運行狀態，故障信息能夠顯示在上位畫面上，并根據工藝需要聯鎖控制上下游設備的運行．以混合、燒結系統為例，圖3所示為皮帶輸送機智能保護系統部分上位畫面，西面中以列表方式顯示出混合、燒結系統各個皮帶的報警信息，包括拉繩、跑偏、打滑、堵料和撕裂等。出現報警信息時，相應報警點會以黃色閃爍狀態顯示，當解除皮帶機故障之后，點擊“復位”鍵即可以啟動皮帶機。
    該系統自投入運行以來，操作簡捷，運行穩定，取得了良好的經濟效益，為企業節約了維修資金。
    1)實現了生產環節的連續性，確保了燒結生產的穩定順行，提高了皮帶輸送機控制的自動化水平，大大降低了燒結生產的設備故障率．
    2)提高了勞動生產率并減輕了勞動強度．保護系統多次對皮帶機出現的打滑、跑偏等故障進行了及時報警與保護，避免了壓料、斷帶情況的發生，減輕了現場操作人員的負擔。
    3)提高了主控對生產管理的工作效率，主控人員能夠通過上位畫面的動態顯示，及時掌握各條皮帶機的情況。
    4)實現崗位優化，大部分皮帶機實現無人操作，無人看守．
3.2系統推廣
    皮帶輸送機智能保護系統中所用的打滑檢測器標配4 - 20mA模擬量輸出，將此檢測器應用到單輥和環冷機等易出現打滑的設備上，檢測其是否出現失速現象．單輥破碎機是用于燒結機機尾燒結礦破碎的設備，由于齒輥和齒板之間容易有異物造成單輥失速。將打滑檢測器安裝在單輥電機上，LED面板上實時顯示當前轉速．并將減速比上傳至PLC系統。當單輥出現失速現象時，聯鎖停止燒結機，避免單輥卡料造成停產。
    燒結礦經單輥破碎機破碎后，進入環冷機利用鼓風機的強制鼓風將溫度高達700～8000C的燒結礦冷卻到150℃以下。由于環冷機磨擦輪與磨擦板嚙合不緊容易發生失速現象，將一臺打滑檢測器安裝在環冷機臺車上，另一臺安裝在環冷機主電機上，兩個檢測器輸出均為減速比信號，將這兩個信號進行比較，根據工藝要求若超過一定范圍視為環冷機打滑，聯鎖停止燒結機。
    單輥、環冷機安裝打滑檢測器之后，多次對設備出現的打滑故障進行了及時報警與保護，避免了設備損壞，防止了危險的發生及事故的擴散。
4、結束語
    結合計算機控制技術和故障檢測、技術，開發了皮帶輸送機智能保護系統。自投入使用以來，系統運行穩定。