CN111874540A - 一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***及方法。装置包括皮带机电气自动化单元以及尾车电气自动化单元，二者通过无线总线通讯模块实现通讯连接。皮带机电气自动化单元包括中央处理单元、现场信号采集控制器、智能拉绳开关、皮带机驱动变频器、皮带机电机、工业总线以及第一皮带秤设备。尾车电气自动化单元包括车上信号采集控制器、尾车行程编码器、自动张紧装置以及第二皮带秤设备。本发明可以根据皮带机的状态变化调节张紧力值，进而优化皮带机的运行状态，减小皮带张力，增加皮带使用寿命。

Description

一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***及方法

技术领域

本发明涉及露天矿排土施工技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***及方法。

背景技术

露天矿排土机连接皮带往往都是可移置、长距离皮带机。由于在排土工艺中移置皮带机的固有特性，如需要根据工艺需求有着沿地面敷设、头尾站不能做太大、头站很难采用大功率电动装置、皮带机需定期延长或缩短、皮带机需定期移动等固有特性等，导致采用重锤张紧或在头/尾站做固定张紧装置的方法很难被实施。

现场往往只能采用在皮带机移动卸料尾车上设置固定张紧装置的拉紧方式。在尾车上采用固定张紧装置虽然较为方便、实用，但是在目前张力选取方法上则是按照所有工况中最不利的工况去选取张紧力值并固定。导致皮带机无论在任何工况下皮带张力都会保持在一个高张力范围内，这样会大大减少皮带机的使用寿命，增加维护及运营成本。

综上所述，如何提供一种可根据移置皮带机不同工况下提供相适应的最优张紧力的控制方法，是目前本领域技术工作亟待解决的问题。

发明内容

根据上述提出的现有固定张紧装置导致皮带机使用寿命缩短、运营维护成本较高的技术问题，而提供一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***，在工作过程中可根据移置皮带机的各种工况输出最佳张紧方案，保证皮带机不打滑的情况下降低皮带张力。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***，包括皮带机电气自动化单元以及尾车电气自动化单元，二者通过无线总线通讯模块实现通讯连接；

所述皮带机电气自动化单元包括中央处理单元、现场信号采集控制器、智能拉绳开关、皮带机驱动变频器、皮带机电机、工业总线以及第一皮带秤设备，其中所述现场信号采集控制器、皮带机驱动变频器、第一皮带秤设备以及中央处理单元均连接至工业总线，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与所述智能拉绳开关连接，所述皮带机驱动变频器的控制端口与所述皮带机电机连接，所述智能拉绳开关沿着皮带机铺设；

所述尾车电气自动化单元包括车上信号采集控制器、尾车行程编码器、自动张紧装置、第二皮带秤设备，其中所述车上信号采集控制器、自动张紧装置、第二皮带秤设备均连接至工业总线，所述车上信号采集控制器的信号采集端口与所述尾车行程编码器连接。

进一步地，所述皮带机电气自动化单元还包括皮带机速度编码器，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与皮带机速度编码器连接。

进一步地，所述皮带机电气自动化单元还包括堵料开关，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与堵料开关连接。

进一步地，所述皮带机电气自动化单元还包括显示模块，所述显示模块连接至工业总线。

进一步地，所述尾车电气自动化单元还包括行程控制限位，所述车上信号采集控制器的信号采集端口与行程控制限位连接。

进一步地，所述自动张紧装置为自动液压张紧装置或者绞车张紧装置。

一种用于移置皮带机的移动式张紧控制方法，包括：

获取不同工况下的皮带拉力值二维数组；

根据当前皮带机的长度、载重状态、运行状态以及当前张紧装置位置由所述皮带拉力值二维数组中确定最优皮带拉力值；

根据所述最优皮带拉力值控制张紧装置对皮带进行张紧或者放松。

进一步地，该方法还包括***故障自检的步骤。

一种用于移置皮带机的移动式张紧控制方法，包括：

获取移置皮带机在整个工艺过程内理论上张紧力值区间，并根据设定的间隔长度，将张紧力值区间划分为若干子区间，并对各区间端点赋值；

获取所述移置皮带机的运行状态，并根据所述运行状态确定相应的启动系数，其中所述移置皮带机的运行状态根据中央处理单元、皮带机驱动变频器以及、皮带机速度编码器的输出判断；

根据物料性质以及启动系数，利用张紧力计算模型，计算出实时状态下的最优张紧力值，根据最优张紧力值所在的张紧力区间选择相应区间的数组位值；

根据所述相应区间的数组位值控制***皮带张紧力。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明可以根据皮带机的状态变化调节张紧力值，进而优化皮带机的运行状态，减小皮带张力，增加皮带使用寿命。

2、本发明有效避免尾车皮带机在运行到皮带落料点附近时由于皮带张力过大导致空载或半载时飘带问题。

基于上述理由本发明可在露天施工等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明移动式张紧控制***结构示意图。

图2为本发明装置布置示意图。

图3为本发明移动式张紧控制方法一执行流程图。

图4为本发明移动式张紧控制方法一列项选择流程图。

图5为本发明移动式张紧控制方法一横项选择流程图。

图6为本发明移动式张紧控制方法一张紧力划分列表。

图7为本发明移动式张紧控制方法二执行流程图。

图8实时调节张力划分列表。

图中：1、皮带机电气自动化单元；11、中央处理单元；12、现场信号采集控制器；13、皮带机速度编码器；14、智能拉绳开关；15、堵料开关；16、显示装置；17、皮带机驱动变频器；18、皮带机电机；19、第一皮带秤设备；2、尾车电气自动化单元；21、车上信号采集控制器；22、尾车行程编码器；23、行程控制限位；24、自动张紧装置；25、第二皮带秤设备；3、无线总线通讯模块；4、工业总线；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***。主要包括皮带机电气自动化单元以及尾车电气自动化单元，二者通过无线总线通讯模块实现通讯连接。如图1所示，皮带机电气自动化单元1包括中央处理单元11、现场信号采集控制器12、智能拉绳开关14、皮带机驱动变频器17、皮带机电机18、工业总线4以及第一皮带秤设备19，其中现场信号采集控制器12、皮带机驱动变频器17、第一皮带秤设备19以及中央处理单元11均连接至工业总线4，现场信号采集控制器12的信号采集端口与智能拉绳开关14连接，皮带机驱动变频器17的控制端口与皮带机电机18连接，智能拉绳开关14沿着皮带机铺设。尾车电气自动化单元2包括车上信号采集控制器21、尾车行程编码器22、自动张紧装置24、第二皮带秤设备25，其中车上信号采集控制器21、自动张紧装置24、第二皮带秤设备25均连接至工业总线3，车上信号采集控制器21的信号采集端口与尾车行程编码器22连接。进一步地，皮带机电气自动化单元1还包括皮带机速度编码器13，现场信号采集控制器12的信号采集端口与皮带机速度编码器连接。更进一步地，皮带机电气自动化单元1还包括堵料开关15，现场信号采集控制器12的信号采集端口与堵料开关15连接。皮带机电气自动化单元1还包括显示模块16，其连接至工业总线4。此外，尾车电气自动化单元2还包括行程控制限位23，车上信号采集控制器21的信号采集端口与行程控制限位23连接。

如图2所示，优选地，皮带机驱动变频器17布置在皮带机尾部附近电气室内，现场信号采集控制器12布置在皮带机尾部平台上、智能拉绳开关14在皮带机沿线间隔50米双侧布置、皮带机电机18连接皮带机尾部滚筒、第一皮带秤设备19布置在尾部卸料漏斗出料口附近，尾车电气自动化单元2包括车上信号采集控制器21、自动张紧装置24布置在尾车张紧平台上、尾车行程编码器22布置在尾车行走从动轮上、第二皮带秤设备25布置在尾车卸料滚筒前。

上述设备中，智能拉绳开关14采用安全型，并沿着皮带机按照间距100米布置，由于工艺上皮带机的长度变化是固定长度变化的，通过识别拉绳开关的数量可以推算出当前皮带机长度。第一皮带秤设备19和第二皮带秤设备25可实时检测经过皮带秤的物料的瞬时值与累积值，计算19与25的累计值差值可推算出皮带机实时的带料量。皮带机速度编码器13用于检测当前皮带机的实时速度。堵料开关15用于检测当前运行状态是否有尾部漏斗堵料情况。皮带机驱动变频器17与皮带机电机18组成的皮带机驱动单元用于控制皮带稳定的启动、运行及调速。皮带机与尾车现场数据采集控制器12、21用于采集传感器及设备信号，并向设备发出控制指令。张紧装置24采用可控的自动液压或绞车张紧装置，用于实时的张紧力输出。中央控制单元11用于整套***的数据处理，逻辑编程。人机界面(HMI)16用于***操作，状态显示。

本发明还公开了基于上述***的控制方法，图3所示，按工况调节方法的主实施流程，包括以下步骤：

步骤31，判断整套***中是否有故障，如有故障则执行步骤32，跳出流程，并检测故障；如无故障则执行步骤33。

步骤33，通过皮带机计算软件或手动计算绘制出如图6所示不同工况下的最优张力值。根据图6建立张力值二维数组，之后执行步骤34。

步骤34，为计算当前工况下应如何选择数组中数据指向的列值的计算方法的子流程，之后执行步骤35。

步骤35，为计算当前工况下应如何选择数组中数据指向的行值的计算方法的子流程，之后执行步骤36。

步骤36，按照步骤34、35的计算数值选择数组内张力值输出到张紧装置中，流程结束。

图4所示，本发明控制方法一按工况调节子流程1-按工况调节列相数字选择流程，包括以下步骤：

步骤341，给列值NL附默认值，此默认值设为在设计阶段计算出的最不利工况数据列值(最大列值)，避免出现无数据输出情况，之后执行步骤342。以排土机连接平面旋转移置皮带机(尾部驱动)为例最不利工况为排土机运行到皮带机头部，皮带机整条带面上满载且尾部受料槽堵料状态下启动过程。此时皮带机张紧力数值为上限。

步骤342，通过智能拉绳开关14推算当前皮带机长度，进而对列值NL进行加权，判断无计算故障后执行步骤343。

步骤343，获取第一、第二皮带秤设备19、25及编码器22的采集值，用第二皮带秤25的累积量减去第一皮带秤19的累积量得出当前皮带带料量，再用带料量除以编码器22采集的带料皮带长度得出皮带机单位长度带料量，最后将得出结果与设计值进行比较从而得出当前皮带机处于空载、半载、满载状态，进而相应的对列值NL进行加权，之后执行步骤344。

步骤344，通过中央处理单元11命令指令、皮带机电机变频器17反馈状态、皮带机速度编码器13返回值判断是皮带机处于启动还是运行状态：当处理单元给定启动指令且变频器返回运行信号后，判断皮带机已经开始工作；用编码器返回值与中央处理单元给变频器的给定值比较，如返回值小于给定值，则判断为启动状态，如返回值等于给定值并稳定30秒后，判断为运行状态。状态判定后对列值NL进行相应的加权，之后执行步骤345。

步骤345，将经过上述步骤计算的列值NL输出，完成子流程1。

图5所示，本发明控制方法一按工况调节子流程1-按工况调节列相数字选择流程，包括以下步骤：

步骤351，给行值NH附默认值(最大行值)，此默认值设为最不利工况数据列值，避免出现无数据输出情况；通过尾车位移编码器22采集当前张紧装置位置L，之后执行步骤352。

步骤352，通过智能拉绳开关14推算当前皮带机长度，之后执行步骤343。

步骤353，判断位置L是否在当前皮带机长度内，若不是则停止计算并提示检测故障，检差智能开关14、位移编码器22时候故障，若是执行步骤354。

步骤354，对L值进行计算用L值除以设定锻长(如200m)并做取整处理，之后执行步骤355。

步骤355，将经过上述步骤计算的行值NH输出，完成子流程2。

图6所示，是以在工艺条件下，一条两种长度变化的移置皮带机为例，在表格所示工况下经过计算得出的张紧力值。其中的空载、半载、满载状态都是按照范围区间的最高(不利)值选取的。

本发明还公开了另一种基于上述***的控制方法，图7所示，包括以下步骤：

步骤41，判断整套***中是否有故障，如有故障则执行步骤42，跳出流程，并检测故障；如无故障则执行步骤43。

步骤43，建立数据。首先通过软件或手动计算出移置皮带机在整个工艺过程内理论上处于最优与最不利的工况下的张紧力值A与B。根据A～B的范围区间选定合适的间隔长度D。按图8所示建立数组，数组位数为E＝(B-A)/D+1取整，数组位Array[1]，Array[2]，～Array[E]分别赋值A+D，A+2D，……B(常量)。采集现场数据并相应赋值，之后执行步骤44。

步骤44，通过中央处理单元11命令指令、皮带机电机变频器17反馈状态、皮带机速度编码器13返回值判断皮带机处于启动或加速状态还是运行状态，进而选择相对应的启动系数，之后执行步骤45.

步骤45，通过中央处理单元11将实时状态下的上述所有参数带入到张紧力计算模型公式中，计算出实时状态下的最优张紧力值N1。不同驱动形式的皮带机张紧力计算模型略有不同，其固化在控制程序中。本实施例以尾部驱动旋转移置胶带为例，具体模型如下：

F＝L₁K_tK_x+L₁K_tK_yq_Bg+LK_t0.15q_Bg+q_mg(L₁K_y+H)+F_P+F_am+F_ac

T₂＝KFk_A

N1＝T₂+L₁K_t(K_x+K_yq_Bg)+q_mg(L₁K_y+H)+F_P1+F_am+F_ac1

式中：L—输送机长度，由智能拉绳开关14检测并推算得出；

L₁—尾车距尾部位置(带料段长度)，由尾车行程编码器检测获得；

K_t—环境温度修正系数；

K_x—输送带经过托辊的弯曲阻力系数；

K_y—托辊阻力系数(含输送带)设计阶段计算给出的皮带机固有参数；

q_m—物料的单位长度质量，由皮带秤19、25及编码器22采集数据并推算得出；

q_B—输送带的单位长度质量，设计阶段计算给出；

H—物料提升高度，设计阶段计算给出；

F_P—所有滚筒阻力，设计阶段计算给出；

F_P1—承载段滚筒阻力，设计阶段计算给出；

F_am—收料处的物料加速度阻力，设计阶段计算给出；

F_ac—附加阻力，包括导料槽、清扫器等，设计阶段计算给出；

F_ac1—附加阻力，导料槽，设计阶段计算给出；

k_A—启动系数，由中央处理单元11命令指令、皮带机电机变频器17反馈状态、皮带机速度编码器13返回值判断是否为启动状态；

K—折算系数，设计阶段计算给出；

鉴于张紧装置的张紧力输出的实时性不是很强，对输出力值需做一定处理。如图8所示，判断N1值在哪个张力区间，并选择相应区间数组位值W。之后执行步骤46。

步骤46，按照步骤45的计算数值选择数组内张力值输出到张紧装置中，流程结束。

本实施例中方法基于上述适用于移置皮带机的移动式皮带张紧控制***(如图1所示的控制结构)是实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于移置皮带机的移动式张紧控制***，其特征在于，包括皮带机电气自动化单元以及尾车电气自动化单元，二者通过无线总线通讯模块实现通讯连接；

所述皮带机电气自动化单元包括中央处理单元、现场信号采集控制器、智能拉绳开关、皮带机驱动变频器、皮带机电机、工业总线以及第一皮带秤设备，其中所述现场信号采集控制器、皮带机驱动变频器、第一皮带秤设备以及中央处理单元均连接至工业总线，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与所述智能拉绳开关连接，所述皮带机驱动变频器的控制端口与所述皮带机电机连接，所述智能拉绳开关沿着皮带机铺设；

所述尾车电气自动化单元包括车上信号采集控制器、尾车行程编码器、自动张紧装置以及第二皮带秤设备，其中所述车上信号采集控制器、自动张紧装置、第二皮带秤设备均连接至工业总线，所述车上信号采集控制器的信号采集端口与所述尾车行程编码器连接。

2.根据权利要求1所述的移动式张紧控制***，其特征在于，所述皮带机电气自动化单元还包括皮带机速度编码器，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与皮带机速度编码器连接。

3.根据权利要求1所述的移动式张紧控制***，其特征在于，所述皮带机电气自动化单元还包括堵料开关，所述现场信号采集控制器的信号采集端口与堵料开关连接。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的移动式张紧控制***，其特征在于，所述皮带机电气自动化单元还包括显示模块，所述显示模块连接至工业总线。

5.根据权利要求1所述的移动式张紧控制***，其特征在于，所述尾车电气自动化单元还包括行程控制限位，所述车上信号采集控制器的信号采集端口与行程控制限位连接。

6.根据权利要求1所述的移动式张紧控制***，其特征在于，所述自动张紧装置为自动液压张紧装置或者绞车张紧装置。

7.一种用于移置皮带机的移动式张紧控制方法，其特征在于，包括：

获取不同工况下的皮带拉力值二维数组；

根据当前皮带机的长度、载重状态、运行状态以及当前张紧装置位置由所述皮带拉力值二维数组中确定最优皮带拉力值；

根据所述最优皮带拉力值控制张紧装置对皮带进行张紧或者放松。

8.根据权利要求7所述的移动式张紧控制方法，其特征在于，该方法还包括***故障自检的步骤。

9.一种用于移置皮带机的移动式张紧控制方法，其特征在于，包括：

获取移置皮带机在整个工艺过程内理论上张紧力值区间，并根据设定的间隔长度，将张紧力值区间划分为若干子区间，并对各区间端点赋值；

获取所述移置皮带机的运行状态，并根据所述运行状态确定相应的启动系数，其中所述移置皮带机的运行状态根据中央处理单元、皮带机驱动变频器以及、皮带机速度编码器的输出判断；

根据物料性质以及启动系数，利用张紧力计算模型，计算出实时状态下的最优张紧力值，根据最优张紧力值所在的张紧力区间选择相应区间的数组位值；

根据所述相应区间的数组位值控制***皮带张紧力。

Images