УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КОНВЕЙЕРА ПРИ ОБРЫВЕ ЛЕНТЫ
DEVICE FOR CONVEYOR PROTECTION WHEN BELT BREAKS

Изобретение относится к устройствам и системам обеспечения безопасности работы конвейерного транспорта, при обрыве ленты.
Известно устройство, имеющее вид сдвоенных датчиков, расположенных по обеим сторонам конвейера, распознающее потенциальную угрозу смещения ленты с помощью вертикально расположенных роликов, выполненных из нейлона 66 или керамики (см. www.davisderby.com). При контакте со смещенной лентой, ролик приводит в действие поворотный переключатель в своей секции, осуществляя безопасную остановку конвейера и предотвращая последующее повреждение. Датчик предполагает механизм самоблокировки, но может работать и без него. Двойной стальной провод с пластмассовым покрытием размещен под углом так, чтобы приспосабливаться под изгибы конвейерной ленты, тем самым обеспечивая защиту от разрывов.
Недостатком устройства является то, что не всегда отклонение полотна является аварийным режимом. Конвейерное полотно может естественным образом отклоняться от прямой линии движения по причине кривизны самого полотна или из-за особенностей конвейерного стана. Вторым недостатком конструкции является использование троса под конвейерным полотном, который действует на регистрирующий элемент при обрыве движущейся над ним ленты. При значительной длине конвейерной ленты количество контролирующих элементов будет большим, что снижает надежность работы схемы и увеличивает риск ложных срабатываний при случайном контакте регистрирующих элементов с перемещаемым грузом.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату решением является схема, включающая в себя путевой выключатель, промежуточное реле и силовой контактор, образующие вместе устройство защитного отключения, необходимая согласно ГОСТ 12.2.022-80 «Система стандартов безопасности труда. Конвейеры. Общие требования безопасности». Путевой выключатель устанавливается на пути движения каретки натяжного барабана. При обрыве ленты под действием грузового привода каретка с барабаном перемещается от нормального положения, переключает путевой выключатель, что приводит к отключению контактора и остановке механизма.
Существенным недостатком схемы контроля с использованием путевого выключателя, контролирующего положение передвижной каретки хвостового барабана, является низкое быстродействие. Полное время срабатывания защиты складывается из времени перемещения грузов и каретки натяжного устройства, собственного времени срабатывания схемы и составляет 0,9…1,1 секунды. За этот промежуток времени конвейерная лента переместится на значительное расстояние, определяемое скоростью вращения головного барабана. Результатом этого могут являться тяжелые аварии, а именно: падение ленты в приемный бункер, сматывание ленты под холостые ролики конвейера, заштыбовка погрузочных устройств и образование завалов перевозимого материала.
Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия и предупреждение аварийных ситуаций на ранних стадиях с целью минимизации последствий аварии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство защиты конвейера при обрыве ленты содержит блок отключения, включающий в себя: путевой выключатель, промежуточное реле, силовой контактор, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок памяти, блок индикации, первый и второй блоки сравнения, блок задания уставки, выход которого соединен со вторым входом второго блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу третьего ключа, блок индикации, на вход которого поступает сигнал со второго выхода первого блока сравнения, датчик тока, выполненные на базе трех трансформаторов тока, включенных первичными обмотками в фазные проводники питающего кабеля обмотки статора электродвигателя, первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий блоки задержки, блок снятия значения, блок регистрации и блок задания величины скачка тока, при этом сигналы на входы первого и второго блоков задержки поступают при пуске конвейера, а второй вход третьего блока задержки, вторые входы второго и третьего ключа и второй вход блока памяти подключены к второму выходу второго блока задержки, выход датчика тока подключен к информационному входу первого ключа и ко второму входу первого блока задержки, выход первого ключа подключен к входу блока снятия значения, первый выход которого связан с первым входом третьего блока задержки, первый выход которого в свою очередь подключен к первому входу второго ключа, выход которого подключен к первому входу блока памяти, второй выход третьего блока задержки подключен к третьему входу третьего ключа, второй выход блока снятия значения подключен к первому входу третьего ключа, информационный выход третьего ключа подключен к первому входу второго блока сравнения, второй выход второго блока сравнения подключен ко второму входу первого блока сравнения, а первый выход второго блока сравнения подключен к первому входу блока отключения, выход блока памяти подключен к первому входу первого блока сравнения, первый выход первого блока сравнения подключен ко второму входу блока отключения, третий выход второго блока сравнения подключен к входу блока регистрации, выход блока задания величины скачка тока подключен к третьему входу первого блока сравнения и выход первого блока задержки подключен к третьему входу блока отключения.
На фиг.1 приведена функциональная схема заявленного устройства защиты конвейера при обрыве ленты, на фиг.2 - временные циклограммы работы блоков, входящих в устройство.
Устройство защиты конвейера при обрыве ленты (фиг.1) содержит первый блок задержки 1, второй блок задержки 2, датчик тока, выполненный на базе установленных в питающую цепь статора двигателя измерительных трансформаторов тока по одному на каждую фазу 3, первый ключ 4, блок снятия значения 5, второй блок сравнения 6, блок памяти 7, блок регистрации 8, блок задания уставки 9, блок индикации 10, блок отключения 11, второй ключ 12, третий ключ 13, третий блок задержки 14, первый блок сравнения 15, блок задания величины скачка тока 16.
На фиг.2 (а-и) обозначены: а - угловая скорость вращения двигателя конвейера; б - ток двигателя в цепи двигателя конвейера и пропорциональное ему напряжение; в - исходный сигнал управления двигателем конвейера, имеющий два состояния («Пуск конвейера», «Остановка конвейера»); г - выход первого блока задержки 1; д - выход второго блока задержки 2; е - состояние первого ключа 4; ж - выход третьего блока задержки 14; з - состояние второго ключа 12; и - состояние третьего ключа 13.
Устройство защиты конвейера при обрыве ленты работает следующим образом.
Моментом начала работы системы (условно принято за момент времени τ=0) является сигнал (Пуск конвейера), поступающий с управляющего входа схемы управления и изменение которого показано на фиг.2в. Этот сигнал подается с пульта управления оператора или по месту, кнопочным постом по мере необходимости.
На фиг.2а приведен график изменения угловой скорости, вращения двигателя конвейера. Весь цикл работы состоит трех участков:
1
1
1. Первый участок (τ=0÷τ) - участок разгона, где двигатель конвейера движется с ускорением до момента τ набора номинально скорости.
2. Второй участок - участок движения ленты конвейера с равномерной скоростью.
3. Третий участок - участок торможения (после команды «Остановка конвейера»).
1
На фиг.2б приведен график изменения тока двигателя конвейера. Начиная с момента пуска (τ=0) протекают переходные процессы, которые длятся до момента τ (5÷8 с), после чего ток стабилизируется (так же, как и скорость перемещения конвейерного полотна).
Напряжение U, снимаемое датчиком тока 3, пропорционально току двигателя.
д
т.т
д.т.
U=I*к*к
т.т
где к - коэффициент трансформатора тока,
д.т.
к - коэффициент схемы датчика тока.
Характер изменения напряжения U повторяет динамику 1д, поэтому они изображены на одном графике в соответствующих осях. Выход датчика тока 3 является информационным входом устройства.
Управляющий вход устройства подключен одновременно к входам первого блока задержки 1 и второго блока задержки 2.
-pτ
В первом, втором блоках задержки 1, 2 (реализация блоков см. в табл. 1 Приложения) реализуется передаточная функция чистого временного запаздывания е. При этом первый блок задержки 1 находится в замкнутом положении, а второй блок задержки 2 - в разомкнутом. На фиг.2г, 2д приведены выходные сигналы блоков задержки.
1
1
По достижении момента времени τ сигнал на выходе первого блока задержки изменяется с высокого на низкий (фиг.2г) и поступает на второй управляющий вход первого ключа 4. На выходе второго блока задержки 2 изменение сигнала происходит с максимального, а по достижению времени τ снижается до минимального.
2
3
Процесс, проходящий в третьем блоке задержки 14 идентичен, за исключением того, что он замыкается только при подаче на второй вход сигнала со второго выхода второго блока задержки 2. На фиг.2ж приведен выходной сигнал третьего блока задержки 14. Продолжительность его открытого состояния длится с момента времени τ до момента времени τ.
1
2
При этом происходит замыкание ключей, первого ключа 4 в момент времени τ, а второго ключа 12 в момент времени τ по сигналам второго блока задержки 2 и третьего блоков задержки 14.
Блок 5 снятия значения предназначен для демонстрации персоналу текущих значений тока статора.
Выходной сигнал блока снятия значения 5 поступает на первый вход третьего ключа 13 и первый вход третьего блока задержки 14.
Таким образом, на входе второго блока сравнения 6 имеем сигнал, пропорциональный величине тока статора. С выхода второго блока сравнения 6 сигнал поступает на вход первого блока сравнения 15.
2
3
2
В момент времени τ начинается снятие значения тока статора, длящееся до момента времени τ. На выходе третьего блока задержки 14 (фиг.2ж) сигнал изменяется с низкого уровня на высокий в момент времени τ и поступает на информационный вход второго ключа 12, а также на управляющий вход блока памяти 7 и на вход первого блока сравнения 15. На блоке памяти 7 производится запоминание значения тока статора, поданного на его информационный вход.
2
3
3
На процесс запоминания информации в блоке памяти 7 отводится интервал времени (τ-τ). В момент времени τ сигнал на выходе третьего блока задержки 14 изменяется с высокого на низкий. В результате выходные сигналы блока памяти 7 и второго блока сравнения 6 поступают на второй и первый входы первого блока сравнения 15. Во втором блоке сравнения 6 определяется разность текущего значения тока статора, и значения тока, хранящегося в блоке памяти 7. С выхода первого блока сравнения 15 полученный сигнал разности поступает на вход блока индикации и вход блока отключения 11, который состоит из путевого выключателя, промежуточного реле и силового контактора.
На первый вход второго блока сравнения 6 поступает сигнал с третьего ключа 13, а на второй вход поступает сигнал с блока задания уставки 9.
Во втором блоке сравнения 6 реализуется следующая логическая функция:
где x(τ) - выходной сигнал второго блока сравнения, имеющий два уровня Откл. и Раб.;
2
Δ - выходной сигнал третьего ключа 13;
3
Δ - выходной сигнал блока задатчика уставки 9.
2
3
Если сигнал Δ с третьего ключа 13 будет больше чем сигнал Δ из блока 9 задания уставки, то есть больше величины допустимого тока, то сигнал с выхода второго блока сравнения 6 поступает на вход блока отключения 11 и двигатель конвейера останавливается. В противном случае сигнал не считается аварийным и работа конвейера продолжается. На третий вход первого блока сравнения 15 поступает сигнал с блока задания величины скачка 16.
В первом блоке сравнения 15 реализуется следующая логическая функция:
<mrow><mi>y</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>τ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>О</mi><mi>т</mi><mi>к</mi><mi>л</mi><mn>.,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>е</mi><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mo>></mo><mi>Δ</mi><mo>*</mo><mo>;</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Р</mi><mi>а</mi><mi>б</mi><mn>.,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>е</mi><mi>с</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msub><mi>Δ</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mo><</mo><mi>Δ</mi><mo>*</mo><mo>;</mo></mtd></mtr></mtable></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext></mrow>
где y(τ) - выходной сигнал второго блока сравнения, имеющий два уровня Откл. и Раб.;
1
Δ - выходной сигнал блока задатчика величины скачка тока 16;
Δ - выходной сигнал второго блока сравнения 6;
Δ* - выходной сигнал блока памяти 7.
1
1
Если сумма величин Δ+Δ будет больше Δ*, то со второго выхода первого блока сравнения 15 на вход блока отключения 11 поступает сигнал отключения. Сигнал со второго выхода блока сравнения 15 приходит на вход блок индикации 10. А в случае, когда сумма величин Δ+Δ будет меньше Δ*, сигнал считается не аварийным и конвейер продолжает работать.
Со второго выхода второго блока сравнения 6 сигнал поступает на вход блока регистрации 8, в памяти которого записываются значения токограммы привода конвейера.
-6
-5
Появление аварийного сигнала обеспечивается последовательным срабатыванием пяти блоков при контроле величины текущего значения тока статора двигателя и шести блоков при контроле величины скачка тока. При собственном времени срабатывания аналоговых блоков 5*10…10, полное время срабатывания устройства будет определяться в основном собственным временем срабатывания блока отключения 11, составляющим 0,06…0,08 с, и складывающимся из времени срабатывания реле (0,02…0,03 с) и контактора (0,04…0,05 с).
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет распознать аварийную ситуацию обрыва ленты конвейера и обеспечить повышение быстродействия срабатывания схемы защиты.