摩擦提升可控式防滑系統設計

包從望+劉永志+江偉+林良

摘 要：針對摩擦提升機因制動力不足而引起提升容器過卷或過放問題，介紹了一種基于PLC的可控式防滑裝置。分析了鋼絲繩制動機構的工作原理，并給出了防滑裝置控制系統的軟硬件設計。所設計的可控式防滑裝置具有結構簡單、安裝調試方便等優點，且具有卡繩功能，實用性好。

關鍵詞：防滑裝置；卡繩；滑速監測；PLC

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.102

摩擦提升機擔負著煤炭、物料以及人員的運輸任務，是礦井的運輸樞紐。但受提升載荷、氣候、油污等因素的影響，易引起制動力不足造成打滑，直接導致提升容器下墜或過卷，因此，研究摩擦提升機的滑動監測及防滑措施尤為重要。摩擦提升機防滑裝置是礦井提升機的一種安全保護裝置，可通過對鋼絲繩施加制動力阻止滑動。目前，防滑裝置存在對制動力控制精度不高、動態響應差且制動過程中制動力不可調等不足。據此，本文從鋼絲繩制動機構原理出發，闡述可控防滑裝置的硬件組成、滑速檢測以及下位機程序設計。

1 可控式防滑裝置鋼絲繩制動機構

鋼絲繩的制動機構是可控式防滑裝置的重要組成部分，如圖1.其中，楔塊可分為防滑用楔塊和卡繩用楔塊2種，因此既可解決鋼絲繩滑動問題，又可在換繩時作卡繩用。

1—楔合；2—摩擦襯墊；3—鋼絲繩；4—楔塊；5—導向銷；

6—圓柱滾子排；7—制動油缸；8—安裝架；9—導軌

鋼絲繩制動機構原理：在提升機運行過程中，防滑裝置實時監測滑速。當出現危險滑動時，液壓制動系統向液壓缸提供制動油壓，產生制動力作用于楔塊，由楔塊向鋼絲繩提供制動力，阻止鋼絲繩滑動；當進行換繩操作時，將防滑用楔塊換成卡繩用楔塊，用銷軸將其與楔合連接起來，由液壓制動系統向換繩楔塊提供制動力，實現卡繩。

2 可控式防滑裝置硬件設計

可控式防滑裝置主要依靠控制部分控制鋼絲繩制動機構動作，從而實現制動力可控，其電控系統由PLC、編碼器、霍爾開關、油壓傳感器等組成，如圖2所示。采用西門子PLC300作為控制核心，通過高速計數器模塊采集主、從動輪編碼器脈沖，經PLC程序處理，得到鋼絲繩滑動速度和滑動距離。當監測到危險滑動時，制動油缸動作，同時將油壓傳感器檢測的制動油壓反饋到PLC中，經運算后控制電液比例溢流閥調節開度。在鋼絲繩制動機構上安裝霍爾開關，用于監測制動機構的開合狀態。上位機采用工業平板電腦，其與PLC300之間采用MPI或TCP/IP通訊，將各傳感器采集的數據傳給上位機，并在上位機中實時顯示。

3 下位機程序設計

3.1 可控式防滑裝置滑速檢測

在鋼絲繩無滑動時，主動輪的線速度等于從動輪的線速度且等于鋼絲繩的速度，因此本文用從動輪的線速度代替鋼絲繩的速度。通過在主、從動輪上安裝編碼器，檢測兩者的速度差。當速度差大于設定值時，可判定鋼絲繩出現滑動。

主、從動輪的線速度v1，v2分別為：

式（1）（2）中：n1，n2為主、從動輪軸編碼器在Δt時間內發出的脈沖數，P；d1，d2為主、從動輪的直徑，m；N為軸編碼器的分辨率，P/r；Δt為采樣時間，s。

Δv為速度差，Δv=∣v1-v2∣.當速度差Δv大于允許滑動速度值ε時，即判定鋼絲繩出現滑繩現象。

3.2 程序功能塊

本裝置采用模塊化編程思想，將不同的功能放置在不同的程序塊中。這樣使得程序更加簡單易讀，易于查錯和修改。本系統的PLC程序總體架構如圖3所示。

4 上位機設計

上位機是人機交互的窗口，應具備以下功能：①實時顯示各設備的運行狀態，通過組態界面可對系統進行操作；②方便設置系統參數；③當系統發生故障時，記錄故障點；④實時顯示滑動距離、滑動速度、提升速度曲線，并以曲線形式記錄，形成數據報表，可供查詢、打?。虎菥邆錅y試界面，使得測試功能人機交互友好。

采用Forcecontrol-V6.0軟件實現上位機組態畫面的編寫，上位機組態畫面主界面如圖4所示。其中，主界面顯示了主動輪和從動輪的實時監控曲線，并對滑動作出快速響應。

5 結束語

本文從鋼絲繩制動機構的工作原理出發，從硬件和軟件方面設計了一套可控式防滑裝置，并詳細介紹了程序各功能塊和模糊PID控制器的設計。該裝置在鋼絲繩出現危險滑動時可以有效解決鋼絲繩的滑繩問題，同時該裝置具有卡繩功能，有效地解決了換繩工作時繁雜操作的問題，結構簡單、人機交互方便、自動化程度高，具有較高的實用價值和經濟效益。

參考文獻

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