一種礦用非接觸式閘瓦間隙實時保護裝置的設(shè)計

張旭華，裴文良，張鳳海，劉東梅

（中信重工開誠智能裝備有限公司，唐山 063020）

0 引言

盤式制動器廣泛應(yīng)用于各種礦用提升機、下運帶式輸送機及鋼絲繩牽引帶式輸送機等設(shè)備中。《煤礦安全規(guī)程》第431條明確規(guī)定，盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙應(yīng)不大于2mm。為了保障盤式制動器工作的安全性和可靠性，通過礦用閘瓦間隙保護系統(tǒng)保護閘瓦間隙處于安全范圍之內(nèi)，對于保障相關(guān)設(shè)備可靠運行以及整個礦井安全生產(chǎn)有著非常重要的意義。

目前，國內(nèi)許多礦井還在使用機械式行程開關(guān)來檢測閘瓦磨損及彈簧疲勞，并將各個行程開關(guān)接入提升機電控裝置中以起到保護作用。但是，機械式行程開關(guān)存在調(diào)整精度不高，不能實時監(jiān)測閘間隙，故障處理時間長等缺點，已經(jīng)不再適應(yīng)當前煤礦生產(chǎn)的需求。

針對上述情況，設(shè)計了一種礦用非接觸式閘瓦間隙實時保護裝置，該裝置采用非接觸式的位移傳感器實時采集盤式制動閘的數(shù)據(jù)，通過PLC對數(shù)據(jù)進行處理，并在液晶顯示屏顯示各項數(shù)據(jù)及報警信息，在出現(xiàn)故障時能夠發(fā)出報警信號，并能夠與各設(shè)備控制系統(tǒng)相互閉鎖。該套裝置經(jīng)過隔爆兼本質(zhì)安全的處理，滿足礦用閘瓦間隙保護的需求。

1 閘瓦間隙實時保護裝置設(shè)計

1.1 閘瓦間隙檢測原理

所謂閘瓦間隙是指開閘時制動盤與閘瓦之間的距離，如圖1所示。

閘瓦間隙可由下列公式計算：DX=DC-DO

式中：DX為閘間隙；

DC為合閘時，閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離；

圖1 制動閘正常狀態(tài)與閘瓦磨損狀態(tài)對比

DO為開閘時，閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

1.2 閘瓦磨損檢測原理

閘瓦磨損是由于盤式制動閘在使用過程中，閘瓦與制動盤不斷摩擦，使得閘瓦產(chǎn)生磨損，厚度減少。閘瓦磨損嚴重時，會使閘瓦間隙過大，從而導致制動力下降。

如圖1所示，正常閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC小于磨損閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC1，閘瓦磨損值可由下式計算：

式中：DM為閘瓦磨損值；

DC1為磨損閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

1.3 彈簧疲勞監(jiān)測原理

彈簧疲勞是由于制動閘經(jīng)常開閘和抱閘，導致彈簧產(chǎn)生形變，使得彈簧彈力下降，從而導致制動力下降。制動閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對比情況如圖2所示。

圖2 制動閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對比

正常彈簧開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO大于疲勞彈簧開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO2，彈簧疲勞值可由下式計算：

式中：DP為彈簧疲勞值；

DO2為彈簧疲勞且開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)概述

該裝置采用高精度非接觸式礦用本質(zhì)安全型接近傳感器實時采集閘瓦與接近傳感器之間的距離，并將距離值轉(zhuǎn)化為標準4～20mA模擬量信號輸入到PLC的AI通道，經(jīng)過PLC程序的邏輯運算，測算出閘瓦的磨損狀態(tài)及彈簧的疲勞情況，并將結(jié)果實時顯示到液晶顯示屏上。當某項參數(shù)超出設(shè)定的報警值之后，輸出報警接點信號，并將故障信息顯示并保存到液晶顯示屏上。系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 閘瓦間隙保護系統(tǒng)組成

2.2 主控系統(tǒng)設(shè)計

該裝置采用PLC作為主控元件，與單片機等控制元件相比較具有以下優(yōu)點：防潮、抗干擾能力強；現(xiàn)場易編程、易擴展；基本免維護；并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件控制化；自動檢測系統(tǒng)故障等功能。模擬量模塊能夠采集標準的4～20mA模擬量信號。

本系統(tǒng)采用7寸嵌入式觸摸屏做為顯示設(shè)置終端，通過高精度礦用本安型接近傳感器實時采集各狀態(tài)下閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離，根據(jù)程序邏輯在PLC中進行運算，并將結(jié)果實時顯示到顯示屏上。當某項參數(shù)超出設(shè)定的報警值之后，輸出報警接點信號，并將故障信息顯示到顯示屏上，如圖4所示。系統(tǒng)還可以根據(jù)現(xiàn)場使用情況對各種參數(shù)進行設(shè)定，如圖5所示。

圖4 閘瓦間隙保護系統(tǒng)主畫面

圖5 參數(shù)設(shè)定畫面

3 系統(tǒng)特點

1）實時監(jiān)測閘瓦工作間隙，當閘瓦間隙超過設(shè)定值時進行報警，顯示范圍（1～10）mm。

2）可以方便的在觸摸屏上對工作閘間隙、閘盤偏擺報警值進行設(shè)置（閘間隙保護值不得超過2mm，閘偏擺值不得超過0.5mm），并可對報警進行復(fù)位。

3）液晶顯示屏人機界面（HMI）直觀方便，能夠?qū)崟r顯示閘瓦間隙、閘瓦磨損、彈簧疲勞及閘盤偏擺值，當閘瓦間隙或偏擺值超過設(shè)定值時對故障報警進行故障顯示。

4）參數(shù)初始化：初次安裝或調(diào)整過閘間隙以后，可以通過按鈕或觸摸屏對開閘時和抱閘時的探頭初始值進行設(shè)置，不僅能夠通過全部初始化按鈕將所有探頭初始化，并且可以針對某個探頭單獨將其初始化。

5）報警功能：當閘間隙值、閘瓦磨損值和彈簧疲勞值超過設(shè)定值時進行聲光報警，并將具體故障類型和故障位置顯示到觸摸屏上，便于維護人員排查故障，同時還能輸出無源節(jié)點信號給相關(guān)設(shè)備的電控裝置。

6）診斷功能：CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。

7）口令保護：多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改，對于操作口令加密分級保護不同的用戶有不同的權(quán)限。

4 結(jié)論

該裝置已在國內(nèi)礦山實際應(yīng)用，該裝置通過非接觸式的位移傳感器實時采集盤式制動閘的間隙數(shù)據(jù)，檢測結(jié)果直觀、明顯，有效減輕了檢修人員的勞動強度、降低了設(shè)備故障率及停機檢修時間，從而大大提高了控制系統(tǒng)的安全性，避免了由于盤式制動閘長期失修或閘檢測開關(guān)被甩掉造成閘安全檢測的盲點，提高了礦井的生產(chǎn)力，可有效地避免重大安全事故。