周虹伯　金　燁

(1　河北華電曹妃甸儲(chǔ)運(yùn)有限公司　2　華電重工股份有限公司)

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刻度標(biāo)尺在帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置上的應(yīng)用

周虹伯1金燁2

(1河北華電曹妃甸儲(chǔ)運(yùn)有限公司2華電重工股份有限公司)

摘要：闡述了刻度標(biāo)尺精確定位技術(shù)的工作原理及其系統(tǒng)構(gòu)成，分析了其檢測技術(shù)在帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該技術(shù)可以精確完成帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的位置監(jiān)測及自動(dòng)定位給料，實(shí)現(xiàn)降低現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障現(xiàn)場操作人員職業(yè)健康，減少誤操作。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)； 頭部伸縮裝置； 刻度標(biāo)尺； 位置檢測

1引言

帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置布置于輸送系統(tǒng)的物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路輸送的交叉換位給料,主要用于卸料裝置或地下轉(zhuǎn)運(yùn)站，以及料場轉(zhuǎn)運(yùn)站和料斗間轉(zhuǎn)運(yùn)站，作為甲、乙?guī)捷斔徒徊鎿Q位之用。根據(jù)工藝流程的需要，其主要使用于卸料裝置與系統(tǒng)的交叉作業(yè)、料場帶式輸送機(jī)與系統(tǒng)的交叉作業(yè)、系統(tǒng)與料斗間帶式輸送機(jī)的交叉作業(yè)[1]。

帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置上配備現(xiàn)場操作控制箱，常規(guī)操作方式為操作人員隨帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置前后行走，當(dāng)需要移動(dòng)到另外一條帶式輸送機(jī)給料點(diǎn)時(shí)，需要手動(dòng)操作帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置走到下一個(gè)帶式輸送機(jī)下料點(diǎn)，人隨車走。

這種操作模式在使用過程中存在以下2個(gè)問題:

(1)由于控制箱固定在帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置上，操作人員在操作時(shí)必須與帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置一起行走，在現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的情況下，使工人勞動(dòng)強(qiáng)度增加，職業(yè)健康受到危害，同時(shí)給安全生產(chǎn)埋下了隱患。

(2)多條帶式輸送機(jī)下料點(diǎn)在一個(gè)平臺(tái)，操作人員需要通過目測觀察輸送機(jī)的下料點(diǎn)，并與中控人員通過對(duì)講系統(tǒng)確認(rèn)對(duì)應(yīng)的下料皮帶，過多的人為參與使誤操作率增加，易引起堆料、串料事故發(fā)生。

2系統(tǒng)構(gòu)成

刻度標(biāo)尺帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由位置檢測部分、PLC控制部分、上位機(jī)部分等構(gòu)成[2-3+]。

(1)位置檢測部分：采用刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)來檢測帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的實(shí)時(shí)位置，標(biāo)定各輸送皮帶下料槽的位置。

(2)PLC控制部分：發(fā)出小車位置信號(hào)，接收中控上位機(jī)工作指令，并控制變頻器工作。

(3)上位機(jī)部分：通過友好的人機(jī)界面，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程制定生產(chǎn)流程，下達(dá)到PLC。

帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

圖1　帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖

3刻度標(biāo)尺定位及其工作原理

3.1刻度標(biāo)尺定位

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)包括1臺(tái)地面電氣柜(含刻度分析儀)、1臺(tái)車載電氣柜(含刻度生成儀)、刻度標(biāo)尺及游尺指針等。其中，刻度標(biāo)尺是由扁平狀的PVC合成材質(zhì)外殼材料和內(nèi)部按照二進(jìn)制數(shù)字編碼規(guī)律編制的芯線構(gòu)成，類似一把有刻度的標(biāo)尺，一般安裝在沿移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備運(yùn)行軌道單側(cè)邊，或者沿運(yùn)行軌跡鋪設(shè)在地面上，或安裝在軌道旁的柵欄立柱上均可，需要檢測多長的位移就鋪設(shè)多長的刻度標(biāo)尺。游尺指針安裝在移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備上，用于識(shí)別本移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備所在的位置。游尺指針相對(duì)刻度標(biāo)尺平行非接觸移動(dòng)，游尺指針指向的刻度即是當(dāng)前位置值，可以在車上或地上得到位移量，無需初始參考點(diǎn)，定位精度可達(dá)到5 mm，分辨率可達(dá)2 mm，可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，尤其適用于軌道不平整的大車或環(huán)形運(yùn)動(dòng)機(jī)械位移檢測。

3.2刻度標(biāo)尺工作原理

刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)采用法拉第電磁感應(yīng)定律(磁力線傳導(dǎo)原理)來檢測移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備的位移量，當(dāng)游尺指針線圈中通入交變電流時(shí)，在游尺指針附近會(huì)產(chǎn)生交變磁場?？潭葮?biāo)尺近似處在一個(gè)交變的、均勻分布的磁場中,每對(duì)刻度標(biāo)尺芯線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢?？潭壬蓛x信號(hào)通過電磁耦合方式傳送到刻度標(biāo)尺的感應(yīng)環(huán)線上?？潭确治鰞x對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相位比較。交叉線的信號(hào)相位與平行線的信號(hào)相位相同，地址為“0”；交叉線的信號(hào)相位與平行線的信號(hào)相位相反，地址為“1”。這樣感應(yīng)的地址信息是數(shù)字編碼排列，由此確定游尺指針在刻度標(biāo)尺長度方向上的位置，對(duì)應(yīng)就是移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備行走位置。其電磁感應(yīng)原理如圖2所示。

圖2　電磁感應(yīng)原理圖

3.3刻度標(biāo)尺構(gòu)成

(1)車載子系統(tǒng)。由游尺指針、車載電氣柜(內(nèi)含刻度生成儀、開關(guān)電源等)組成。

(2)地面子系統(tǒng)。由地面電氣柜組成(內(nèi)含刻度分析儀、開關(guān)電源、網(wǎng)關(guān)、標(biāo)尺引線轉(zhuǎn)換器等)。

(3)刻度標(biāo)尺子系統(tǒng)。由專用刻度標(biāo)尺、ST箱、普通電纜以及各種用于刻度標(biāo)尺安裝、固定、防護(hù)機(jī)構(gòu)組成。

刻度標(biāo)尺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4刻度標(biāo)尺位置檢測技術(shù)應(yīng)用

4.1刻度標(biāo)尺位置檢測系統(tǒng)

游尺指針外形是扁平的工程塑料箱，安裝在機(jī)頭上一個(gè)延伸桿的頂端、緊靠著刻度標(biāo)尺附近。機(jī)頭前進(jìn)時(shí)，游尺指針也將沿著刻度標(biāo)尺平行移動(dòng)。游尺指針是機(jī)頭地址測量的形象指針，所以在系統(tǒng)運(yùn)行和日常維護(hù)時(shí)，一定要保證安裝牢固，讓游尺指針外平面與刻度標(biāo)尺始終保持在150 mm±50 m的距離。移動(dòng)時(shí)不要發(fā)生與其他物件碰撞?？潭葮?biāo)尺子系統(tǒng)包括刻度標(biāo)尺、安裝支架、拉緊裝置、接線箱以及各種電纜?？潭葮?biāo)尺平行安裝在帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置軌道一側(cè)。機(jī)頭在行駛過程中，機(jī)頭游尺指針按照一定距離沿著刻度標(biāo)尺方向前進(jìn)或后退。地面控制柜內(nèi)刻度生成儀輸出位置信號(hào)給PLC，再通過光纖和上位機(jī)聯(lián)機(jī)。

4.2全自動(dòng)操作控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用羅克韋爾Logix5000系列PLC控制，位移信號(hào)由安裝于現(xiàn)場的刻度分析儀輸出后，使用ControlNet現(xiàn)場總線協(xié)議接入PLC的通信模塊上，最終將位移信號(hào)以整數(shù)形式寫入PLC內(nèi)的固定寄存器。帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的行走控制由PLC編程，通過輸出的開關(guān)量信號(hào)控制。上位機(jī)人機(jī)界面采用羅克韋爾基于Windows環(huán)境的工業(yè)監(jiān)控軟件RSView32制作，使用第三方通訊軟件Kepware作為驅(qū)動(dòng)，通過OPC方式完成上位機(jī)與PLC系統(tǒng)之間的通訊。

通過刻度標(biāo)尺位置檢測系統(tǒng)和上位機(jī)操作系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以確保帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置行走平穩(wěn)，停止位置準(zhǔn)確可靠，在輸料系統(tǒng)中將不同的料種卸到指定的輸送皮帶上，滿足工藝需求。按操作方式可設(shè)置“手動(dòng)”和“自動(dòng)”切換功能，使系統(tǒng)在非常情況下仍能通過現(xiàn)場手動(dòng)操作來完成配料卸料作業(yè)，不影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4.3帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)定位系統(tǒng)運(yùn)行模式

在自動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)，需要操作人員根據(jù)工藝需求情況在畫面中選取相應(yīng)的輸送皮帶，當(dāng)PLC接到此指令后，就會(huì)比對(duì)目前帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置所在的實(shí)際位置和目的位置，使帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)前進(jìn)或后退，直到到達(dá)指定輸送皮帶下料點(diǎn)后停車。

在控制帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置自動(dòng)行走時(shí)，軟件根據(jù)系統(tǒng)的延時(shí)和帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的慣性，計(jì)算出剎車提前量，通過變頻器控制抱閘的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的準(zhǔn)確停車。

5結(jié)語

系統(tǒng)經(jīng)安裝調(diào)試并長期運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)管理遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了崗位職業(yè)健康水平及生產(chǎn)管理水平。友好的人機(jī)界面，可以在上位機(jī)操控帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置運(yùn)行，通過控制帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的行走，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置行走定位精度在±10 mm之間，實(shí)時(shí)檢測帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置當(dāng)前位置，即所處輸送皮帶下料槽位置識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)頭部伸縮裝置的自動(dòng)工位轉(zhuǎn)換。采用非接觸式刻度標(biāo)尺位置檢測技術(shù)采集實(shí)時(shí)位置，可斷續(xù)或連續(xù)檢測，分辨率可以達(dá)到2 mm，實(shí)現(xiàn)精確作業(yè)，優(yōu)化流程，降低誤操作率的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳波，廉自生. 可伸縮帶式輸送機(jī)變頻自動(dòng)張緊裝置設(shè)計(jì)[J]. 煤礦機(jī)械, 2015，36(08)：201-203.

[2]李光布. 基于計(jì)算機(jī)仿真的帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性預(yù)測和控制[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2005(2)：47-49.

[3]李永華,毛君,黃洪鐘. 帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的自動(dòng)建模與仿真[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào),2003,17(2):1-5.

周虹伯: 063200, 河北省唐山市曹妃甸區(qū)新城大街220號(hào)

Application of the Graduated Scale on Telescopic Device at the Head of Belt Conveyor

Zhou Hongbo1Jin Ye2

(1Hebei Huadian Caofeidian Storage and Transportation Co., Ltd.,2Huadian Heavy Industries Co., Ltd., )

Abstract:This paper describes the working principle and system composition of the precise positioning technology with graduated scale, and analyzes the application of its detection technology in the automatic control system of belt conveyor head. The position monitoring and automatic positioning feeding of the telescopic device on belt conveyor's head can be accurately realized by using this technology. The goal of reducing the labor intensity and securing the occupational health of the operators in the field, keeping away from mistake operation can be achieved.

Key words:belt conveyor; head telescopic device; graduated scale; position detection

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.01.020

收稿日期：2015-08-14