帶式輸送機可控啟動裝置設計分析及試驗研究

荊雯斐

（陽泉華鑫采礦運輸設備有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

近年來，隨著采煤工藝及綜采設備自動化水平的不斷提升，帶式輸送機朝著長距離、大運量以及高運速的方向發展，進而對帶式輸送機啟動、制動等裝置特性提出了更高的要求和挑戰。因此，將軟啟動理念應用于帶式輸送機的控制中，以實現長距離帶式輸送機的平穩啟動，減小對工作面電網的沖擊，提高帶式輸送機使用壽命的目的[1]。

1 帶式輸送機可控軟啟動系統的總體設計

調研國內外先進可控軟啟動方式的基礎，初步將其可控軟啟動系統分為機械傳動系統、液壓系統以及電氣控制系統。

1.1 結構設計

為保證可控啟動裝置能夠實現對帶式輸送機軟啟動、制動、過載保護等功能，根據需求結合設計經驗[2]，設計如圖1所示的可控軟啟動裝置。

圖1 可控軟啟動裝置示意圖

1.2 液壓系統的總體設計

根據可控啟動裝置的控制需求，為其液壓系統配置冷卻系統、潤滑系統和離合器制動系統。冷卻系統的主要功能是對離合摩擦器進行降溫處理；潤滑系統的主要功能是對可控軟啟動裝置中各級齒輪進行潤滑處理；離合器壓力控制系統通過其中的電液比例溢流閥控制油壓，進而控制環形活塞的行程，從而實現對輸出軸轉速的控制，以達到調速的目的。

1.3 電氣控制系統的總體設計

帶式輸送機可控軟啟動裝置電氣控制系統是基于PLC控制器實時獲取設備的運行參數，以達到對可控軟啟動系統中的冷卻系統、潤滑系統以及離合器壓力控制系統的控制，從而實現對帶式輸送機軟啟動、軟制動以及保護等狀態的控制[3]。本文著重對可控軟啟動裝置的電氣控制系統進行研究。

2 帶式輸送機可控軟啟動系統電氣控制系統的設計

2.1 控制要求

根據帶式輸送機的運行參數，將其可控軟啟動裝置的電氣控制功能劃分如下：停止、啟動、預壓、緩沖、加速、慢速以及減速。其中，停止狀態下還需對系統中各個傳感器的運行參數進行監測；啟動狀態下需事先對CST進行監測；預壓狀態下主要使輸送帶倒轉；緩沖狀態下使輸送帶低速運行一段時間；加速狀態下可根據設定的加速曲線控制輸送帶加速；慢速狀態下在未收到停機信號時可在此速度下一直運轉；減速狀態即系統收到停機信號后在預定減速曲線下停機。

為保證可控軟啟動裝置電氣控制系統的可靠性和控制精度，需對冷卻油壓傳感器、潤滑壓力傳感器、油溫傳感器、輸出軸轉速、電機功率、離合器壓力傳感器、皮帶打滑傳感器所采集到的信號作為輸出信號；將離合器壓力傳感器、冷卻泵運行狀態、電機運行狀態、冷卻風扇運行參數、輸送帶的速度信號視為控制系統的輸出信號[4]。

2.2 系統配置

可控軟啟動裝置電控系統的核心硬件為PLC控制器，在PLC控制器的基礎上設計如圖2所示的電氣配置系統。

圖2 可控軟啟動裝置電氣配置

如圖2所示，可控軟啟動裝置電氣系統的主要設備有CST防爆控制箱，其中安裝有核心PLC控制器，具體PLC控制器的型號為SLC-5/04，并為PLC控制器匹配了相關的本安信號隔離器、頻率/電流轉換器、中間繼電器等；此外，可控軟啟動裝置還配置了液晶顯示屏，實時顯示該裝置的運行狀態。

2.3 控制策略

目前，工業生產中使用較為廣泛的控制算法為PID控制算法。PID控制算法的優勢可改善系統的穩態性能，提升其動態性能。因此，針對帶式輸送機可控軟啟動裝置采用PID控制器完成。而可控軟啟動系統控制性能直接受制于PID控制器參數的合理性，即積分、微分以及比例參數的確定。

本文采用湊試法對PID控制算法參數的確定結果如下：積分系數為2，比例系數為0.01，微分系數為0.5。

可控軟啟動裝置電控系統的具體控制流程如下：系統運行前期需對冷卻系統中的油壓、油溫等信號進行檢測，若存在異常需通過開啟風扇、加熱器等對油壓、油溫進行調整，同時發出報警；電控系統根據帶式輸送機的實時運行參數和控制需求對電機輸出軸的轉速進行監測，若存在不一致的情況通過PLC控制器結合PID控制算法實現對相關液壓元器件等執行機構的控制。

3 可控軟啟動裝置試驗研究

可控軟啟動裝置主要應用于對長距離帶式輸送機的軟啟動控制，實現對多電機帶式輸送機功率平衡的控制，最終達到降低輸送帶的張力以提升帶式輸送機啟動、制動階段的平穩性[5]。為此，本節將搭建試驗平臺著重對可控軟啟動裝置應用于帶式輸送機的性能進行驗證，包括有可控軟啟動裝置的啟動性能、制動性能以及輸送帶速度控制性能等。

基于可控軟啟動裝置的帶式輸送機啟動及制動曲線如圖3所示。

如圖3所示，藍色曲線為輸送帶的速度曲線，包括輸送帶的加速、勻速以及減速運行。具體分析如下：0～100 s為輸送帶的加速階段；其中，0～20 s為第一次加速階段，在此階段輸送帶速度達到1.2 m/s后在此速度下緩沖平穩運行15 s，保證設備輸送帶被拉緊，避免輸送帶張力的瞬間增大對系統造成沖擊，從而提升了設備的使用壽命；此后，從35～100 s為輸送帶的第二次加速，并最終達到設定速度要求后勻速運行，設定勻速運行時間為20 s。

基于可控軟啟動裝置將減速階段控制在60 s內完成，避免由于設備急停而引發的一系列事故的發生。如圖3所示，輸送帶在60 s的時間段內實現平穩制動。

此外，在帶式輸送機的整個啟動、制動階段內系統內油溫相對穩定，在合理范圍之內。

4 結語

基于PLC控制器和PID控制器設計了可控軟啟動裝置的控制系統，并對基于可控軟啟動裝置帶式輸送機的啟動、制動性能進行驗證，得出如下結論：

1）在啟動階段通過兩段加速和一段勻速可保證帶式輸送機的平穩啟動；

2）將制動階段時間延長至60 s可解決由于系統急停而引發的一系列問題。