刮板输送机是选煤厂重要的机械设备之一，主要用于煤料运输。对刮板输送机链条的控制还停留在手动控制阶段，劳动强度较大，并且完全依靠工人的经验，张紧效果无法达到最优，使得张紧后的链条过松或过紧，链条过松，容易发生卡链或掉链事故；链条过紧，加剧机械摩擦，影响机械设备使用寿命，同时导致链条断链^[1,2]。国内外科研机构对刮板输送机链条张紧的研究主要集中在以下四方面：即基于张紧力与功率或油缸压力关系的链条张紧控制、基于悬垂量的链条张紧控制、基于微应变以及基于滑模控制的链条张紧力控制与监控技术^[3,4]。文章以张紧力与功率或油缸压力关系链条张紧控制为基础，分析刮板输送机链条预张紧力与张紧力计算方法，利用张紧油缸对链条张紧力进行实时控制，保证其不发生卡链、断链事故，提高刮板输送机生产效率。

选煤厂用刮板输送机链条自动张紧控制原理如图1所示，由PLC控制单元、传感器单元、动作控制单元、HMI人机界面以及监控平台四部分组成。

PLC控制器是系统的控制核心，对接收到的传感器单元的模拟输入量电流信号进行处理，并转换成对应的实际值以用于逻辑控制；数字量输入/输出信号作为控制系统的逻辑输入点或逻辑输出点；为方便调试和技术人员解决问题，增加HMI人机界面，用于实时显示系统运行时的关键参数、报警以及故障信息；以TCP/IP通信方式与远端的监控平台进行数据通信，用于远程控制以及实时监测。传感器单元主要包括温度传感器，用于采集、监测电机轴承温度，当实时温度达到报警值后，进行故障报警；位移传感器用于测量油缸的行程，有油缸伸出及油缸缩回两个动作；压力传感器用于测量油缸内的压力值，该压力值与链条张紧力值之间存在逻辑对应关系；传感器单元的输出信号为4～20mA的电流信号。系统的主要数字量有刮板输送机的启动/停止信号、报警/故障信号以及电磁阀信号；电磁阀信号为控制位移传感器以及控制压力传感器的电磁阀；当PLC控制器获取位移/压力传感器值并进行逻辑判断后，控制对应电磁阀，进而改变位移或压力值；PLC控制器与HMI人机界面之间以CAN通信方式完成系统运行数据、参数的传递；PLC控制器与远端监控平台之间以TCP/IP通信方完成数据交互。

用于选煤厂的刮板输送机链条自动张紧控制系统的PLC主程序流程如图2所示，根据系统设计，将PLC程序分为系统初始化、模拟量采集、逻辑控制、预张紧力控制、手动/自动张紧力控制以及报警/故障六部分，分别完成对应功能。PLC主程序中逻辑控制、预张紧力控制以及手动/自动张紧力控制是核心。为方便故障排查和解决，增加报警/故障单元，即当系统运行有故障或报警时，PLC程序会及时预警并给出简单的故障解决方法。

刮板输送机链条初始状态时，链环会在与链轮的分离点堆积，或悬垂过大，引起链条的冲击或振动。为防止上述现象的发生，对初始状态的刮板输送机链条施加一定的预张紧力，其理论值计算方法如下^[5,6]:

其中，S₁、S₂分别为额定负载下机尾链轮链条啮合点、分离点的张紧力；S₃、S₄分别为额定负载下机头链轮链条啮合点、分离点的张紧力，S_Y为理论预张紧力。刮板输送机预张紧力自动控制流程如图3所示，获取该刮板输送机整机参数后，按照式（1）计算理论预张紧力值，并与实际压力值进行比较。当实际压力值小于预张紧力值时，PLC控制器驱动张紧油缸伸出；当实际压力值大于预张紧力值时，PLC控制器驱动张紧油缸缩回；当实际压力值等于预张紧力值时，保持压力值不变。

为保障刮板输送机工作正常，不发生卡链、断链现象，必须实时对刮板输送机的链条进行张紧自动控制。刮板输送机链条张紧力理论值计算方法如式（2):

其中，S_Q为重载链条张力；S_Z为轻载链条张力；Q为刮板输送机功率；η₁为刮板输送机驱动装置传动效率；P为机尾油缸压力；A₂为油缸有效面积；η₂为油缸机械效率；V为刮板输送机运行速度。

用于选煤厂的刮板输送机链条张紧自动控制模式有两种，即模式1和模式2。模式1控制方法为：利用式（2）计算出链条压力理论值后，根据油缸压力值、油缸位移值判断链条状态并对油缸进行伸出/缩回控制，即恒压控制方式。模式2为复合控制方式，具体为：在刮板输送机启动阶段，将其分为A、B、C三种状态，不同状态下推移油缸逻辑控制存在差异；当刮板输送机启动后，其输出功率与负载存在平衡关系，将电机电流转换值与目标压力值进行比较，根据比较结果对推移油缸进行逻辑控制。刮板输送机链条张紧自动控制流程如图4所示。

用于选煤厂的刮板输送机是一个连续工作设备，为保证生产效率，必须降低刮板输送机的故障率。刮板输送机的链条由于其自身特点，经常发生卡链、断链等故障，严重阻碍选煤厂的正常生产。设计并实现的基于PLC控制器的刮板输送机链条自动张紧控制方案，能够实时对运行中的刮板输送机链条进行自动张紧，保证链条既不过松也不过紧。采用该方案的刮板输送机能够安全、稳定、连续运行，有推广价值。