2018下运带式输送机盘式制动系统的控制技术研究

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　　【摘要】本文对下运带式输送机的运行工况进行了分析，在此基础上提出了盘式制动系统的总体结构以及详细的控制方案，针对每种工况提出了相应的控制策略，并编制了控制软件。
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　　【关键词】下运带式输送机；制动；控制技术
　　前言
　　下运带式输送机在我国于80年代末开始用于倾斜煤层的开采，随着其相关关键技术的解决以及对倾斜煤层开采量的逐渐加大，长距离、大运量、大倾角的下运带式输送机在我国煤矿井下的需求量也越来越大。
　　下运带式输送机的驱动电机有两种运转工况：（1）无载运行时，运行阻力大于输送带下滑分力，为克服运行阻力，以电动方式运转。当装运物料很少，物料以及输送带的下滑分力不足以克服整机的运行阻力时，也以电动方式运转；（2）满载或装运物料较多时，物料以及输送带的下滑分力大于输送机的运行阻力，使输送带不断加速，当电动机超过其同步转速后，电动机以发电方式运转，向电网反馈电能，直至加速力矩与电动机的电磁反力矩（制动力矩）平衡时，输送机保持一个稳定速度运行。
　　1.控制系统的总体结构
　　盘式制动控制系统总体结构如图1所示。
　　下运带式输送机在制动时，输送带测速装置实时地检测输送机的带速，并送入控制器与给定的速度信号比较，如果不相等则输出不为零的误差信号，经调节后产生电流信号送入电液比例溢流阀进而调节液压系统的出口油压，盘式制动器油缸中的压力发生相应的变化，从而改变制动器对制动盘的正压力，制动盘给下运带式输送机驱动装置提供的制动力矩也就相应变化，最终使输送机的速度发生改变，趋于与给定的速度一致。如此，下运带式输送机即可按给定的制动速度曲线实现“柔性制动”。同时控制系统还要对下运带式输送机的运行情况进行监控，能够应对超速、打滑等情况，以免发生事故。
　　图1 系统总体结构
　　2.系统的控制方案
　　下运带式输送机在电动和馈电两种工况下的控制比较复杂，需要认真考虑到以下六个方面的问题：
　　（1） 起动
　　下运带式输送机处于重载负阻力工况时，若一开始就给电机送电，则电机在驱动滚筒上产生的起动力矩与负阻力产生的力矩同向，下运带式输送机将在两个力矩的共同作用下起动，可能导致加速度过大，使输送带的张力增大，对系统各部件产生机械冲击和电气冲击。因此，下运带式输送机处于重载负阻力工况时的起动方案应是：在短时间内（本论文设为1s）将盘式制动器全打开，延时3秒后判断加速度的大小，若加速度小于临界加速度ac则说明起动时间过长，应立即启动电机；若加速度大于临界加速度ac，则进一步将此加速度值与0.9amax （amax =0.3m/s2）进行比较，若大于该值则投入盘式制动器提供适当的制动力矩，控制速度起动，下运带式输送机自行下滑，带速逐渐增加，电机转速也逐渐增加，当电机转速达到同步转速时再将电机投入，这就是“同步投入”的概念。实际情况中，考虑到检测系统从检测到同步信号至电机接入电网各继电器的动作时间，通常将同步投入转速整定到小于同步转速而大于额定转速。电机投入后其转速和转矩增加，直到发电制动力矩与负载力矩相平衡。
　　下运带式输送机处于空载和轻载工况时，多数情况下都不能自行下滑或加速度过小，这时应采用电机强迫送电起动方式。
　　（2） 超速保护
　　大倾角下运带式输送机的电机通常工作于发电制动状态。当负载力矩超过电机的最大发电制动力矩MQ时，电机的转速上升，制动力矩下降，以致发生严重的“飞车”事故。因此，控制系统必须具有电机超速保护功能，即检测系统必须有电机转速检测回路。
　　超速可以分为两个级别：
　　1） 超速Ⅰ
　　当输送机上的载荷超过额定负载一定量时，电机转速增加，此时应停止向输送机加载，在停止加载后，转速将下降，待转速恢复正常后又可继续加载。
　　2） 超速Ⅱ
　　当输送机上的载荷使得电机的转速接近于发电制动的临界转速时，系统处于严重的超载工况，停止加载已无法解决，应立即发出停车指令。
　　超速Ⅰ、Ⅱ对应的具体数值，应根据具体的电机特性而定。
　　当发生超速情况时，应将盘式制动器投入工作，增加制动力矩使转速趋于稳定。
　　（3） 打滑保护
　　打滑分两种情况：第一种主要是由于输送带与驱动滚筒间的摩擦系数降低或超载，欧拉摩擦条件破坏，输送带与驱动滚筒间产生了相对滑动，并且带速高于驱动滚筒的表面线速度，此称为打滑Ⅰ；第二种是由于运行中的输送带因种种原因运动受阻，其速度低于额定速度而产生打滑，此称为打滑Ⅱ。
　　1） 打滑Ⅰ
　　打滑Ⅰ不仅会造成输送带的磨损，更严重的是由于摩擦发热可能导致输送带的燃烧，甚至引起瓦斯、煤尘的爆炸。因此，要求检测系统能实时检测输送带的线速度，如超过额定线速度的15%，则发出指令停止加载，使系统渐趋于稳定运行。
　　2） 打滑Ⅱ
　　打滑Ⅱ不仅能造成打滑Ⅰ的后果，而且还可能造成撕带等事故，当检测到带速低至额定转速的85%时，发出制动停车信号。
　　（4） 正常制动
　　正常制动时，电控系统发出停车信号，首先停止给料，延时一段时间（此时间取决于输送机长度和额定速度），待输送机上物料卸尽后，执行制动程序。
　　（5） 紧急制动
　　当遇到突发事故，如撕带、烟雾、跑偏、超温等需紧急制动时，应立即执行制动程序。
　　（6） 突然停电
　　当发生断电事故时，液压系统应动作使输送机缓慢停车，而不致失去控制以致“飞车”或制动减速度过大造成事故。
　　3.电控系统软件设计
　　电控系统具有自动和手动两种操作模式，通过选择开关可方便的在两种模式间进行切换。手动模式的采用使系统的检测和调试具有较大地灵活性。   　　在自动工作模式下，自动模式选择开关处于“开”状态，手动模式选择开关处于“关”状态，按下正常起动按钮则执行自动起动过程。
　　若采用手动起动方式，自动模式选择开关置于“关”状态，手动模式选择开关置于“开”状态，按下手动启动泵站电机按钮启动泵站电机，再按下开盘闸按钮打开盘闸，最后按下正常起动按钮，系统将执行“测输送机加速度 和电机转速”往下的过程。
　　无论自动模式还是手动模式，按下正常停车按钮则发出“正常停车指令”，按下紧急停车按钮或PLC接收到故障信号触发中断则发出“紧急停车指令”，两者都将执行正常制动停车过程。
　　4.应用实例
　　本文所研制的控制系统在本矿带式输送机进行了应用，带式输送机的主要参数如下：长度L=950m，运量Q=150t/h，带宽B=800mm，带速v=1.25m/s，倾角α=-20o，电机功率N=55kW。
　　自2011年元月开始使用，期间仅出现过一次因泵站电磁阀密封圈损坏导致的漏油现象，更换后即解决问题，到目前为止再没有出现过其他问题，用户反映良好。
　　5.结论
　　（1）本文主要对下运带式输送机的制动工况进行了分析，在此基础上制定了盘式制动控制系统的总体结构和控制方案，同时对起动、超速、打滑、正常停车、紧急停车以及突然停电等不同的工况提出了详细的控制策略。实际应用表明所研制的控制具有良好的使用效果。
　　（2）此外，下运带式输送机的运行状况较为复杂，还应针对空载、载荷较小和满载分别采用不同的控制策略，以更好地满足煤矿生产现场的需要。
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