胶带输送机多级驱动系统控制研究

摘 要:CTS是一种带有电一液馈控制及齿轮减速器,在带式输送机上应用可控起动技术具有非常重要的意义。论文对CST的工作原理进行详细分析,实现了CTS多级驱动控制方法。实践证明,带式输送机采用CTS多级驱动控制完全能够达到生产技术要求,运行可靠,保证了生产稳定、安全运行。

关键词:CST;传送带;控制系统

胶带输送机是选煤厂、斜井运煤的主要运输设备,带式输送机具有运量大、运输连续、维护简便等特点,在煤矿生产中是比较经济可靠的运输设备,所以已成为井下原煤运输的主要运输设备。但由于三相异步电机起动性能差,而且起动电流大,对电网的冲击给其它用电设备带来影响;动转矩大,与带式输送机直相连起动,会增加胶带的张力,缩短胶带的使用寿命。为了式输送机胶带及其它部件的使用寿命,在带式输送机上应用可控起动显得非常重要。目前大型带式输送机可控起动装置主要有液力调速装置、液体豁性传动装置、交流电机软起动装置等几种。

CST(ControlledStartTransmission可控传动技术)是由美国R。CkwellAutomation/Dodge公司研制开发的一种带有电一液反馈控制及齿轮减速器,在低速轴端装有线性、湿性离合器的新型机电一体化软起动系统。该装置通过比例阀及控制系统实现软起动与功率平衡,是集减速、离合、调速于一体的传动装置。典型的CTS系统主要由机械传动系统、电液控制系统、风冷热交换器、油泵系统、冷却控制系统等五部分组成。在传动系统稳定阶段,CST装置与液力偶合器不同,CTS的反应盘像液压制动器一样完全锁住,此时不产生滑差,没有效率损失。CTS是目前唯一能保证在紧急停车或突然断电时提供可控停车的驱动系统。

一、CST系统介绍

(一)CST系统的原理

CST系统是由微机控制的机械与液压组合的系统。它的主机是一个装有湿式摩擦离合器反应盘的齿轮变速器。CST系统之所以具有良好的起动、停车、调速和功率平衡的功能,主要是通过控制主机摩擦离合器反应盘来控制行星传动的差动功能实现的。摩擦离合器反应盘是内轮毅、外轮毅、环形液压缸及静、动摩擦片等的统称。它的传动路线、转向及其冷却示意如图2.2所示。这种摩擦离合器反应盘传动的基本原理是基于液粘传动的摩擦定律,液粘传动常用的液力传动油或硅油基本上符合牛顿内摩擦定律的规律,它的动力粘度不随剪切速度而变,剪切应力与剪切速度成正比,被视为牛顿流体。CTS系统主机的摩擦离合器反应盘的工作原理就是利用牛顿内摩擦这一基本原理设计而成的液粘调速离合器。

(二)CST装置的特点

CST装置具有如下特点:

a.软连接、可控软起动(停车);

b.集机电控于一体,具有完善的智能故障自诊断功能;

C.有效延长皮带机整体使用寿命,提高运行效率,降低维护成本;

d.完善的多点驱动功率平衡解决方案;

e.控制系统开放,易于实现数据共享和网络化,便于整体矿山自动化系统的集成。

二、驱动控制系统的实现

随着现场总线技术、PLC技术、控制网络的迅猛发展,带式输送机监控系统采用现场总线技术、PLC等构成网络,能够实现对现场数据的采集几处理、控制和通讯功能,监测接触器故障、液压故障、绞车过速、打滑、油温超限、绞车张力过大、绞车张力过小和张紧限位故障、跑偏开关、拉线开关、纵撕传感器、堆煤传感器、烟雾传感器、打滑传感器、洒水装置等信号;具有过载保护、接地漏电保护、接地漏电跳闸、短路保护、缺相保护、先导保护及欠压保护等功能;同时对CST装置的各种信号进行检测并控制CTS的运行。本文主要研究CST装置的控制方法与实现。

(一)CST控制原理

基于PLC的控制系统可对每台CST装置进行监视、控制和操作,并提供用户接口。采用CST的主要目的是在起动过程加速阶段降低张力作用对胶带输送机带来的不利影响,通过控制起动上升曲线,可减小胶带输送机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力,从而得到一个满意的动态结果。在一些超长的带式输送机应用中,通过在上升曲线中增加一段缓冲特性来提升起动性能。缓冲性确保胶带输送机在起动初始阶段逐渐张紧,胶带输送机各部分单元在胶带输送机正常加速之前处于低速低起动力矩的运行状态,这降低了胶带输送机的应力作用。在一些超长、多摸数胶带输送机中,胶带机内存储的动应力能量在制动过程中会出现反作用,产生尖峰应变力,甚至比起动过程产生的影响更大。

在动态分析的基础上,尤其对停车失败或紧停制动这些状态下应力波的分析结果,需要为CST的停车过程提供一减速曲线,这种减速方式通过在输出轴上安装飞轮系统进行解决。再大多数应用中,依靠与皮带输送机相连的驱动装置和电机的惯量,控制环形活塞压力也可得到这种特性,带式输送机监控系统设计。

(二)系统组成

控制系统选用AB公司的SLC50O系列作为控制器,并支持多种通信方式。过HD十网实现现场级人机界面装置Pna1eVlwe与中央处理器进行通信控制和显示相关信息。

主驱动控制系统是典型的串级控制系统,离合器压力反馈控制系统构成系统的副回路,输出轴速度反馈控制构成系统的主回路;控制器皆采用PDI控制。从驱动控制系统为电机功率闭环控制系统,功率给定信号由主电机功率检测信号确定,是典型的随动系统。

PDI控制是控制系统中应用最广泛的一种控制规律,实际运行经验及理论分析充分表明,这种控制规律在对相当多的工业对象进行控制时能够得到较满意的结果,因而在本系统中控制器皆采用PDI控制算法。

三、结束语

CST(ControlledStartTransmissi可控传动技术)这种新型机电一体化软起动系统,通过比例阀及控制系统实现软起动与功率平衡,是集减速、离合、调速于一体的传动装置。是目前唯一能保证在紧急停车或突然断电时提供可控停车的驱动系统。

参考文献:

[1]吴式瑜,岳胜云.选煤基础知识[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

[2]朱晓霞,项鲁丁.CST在带式输送机电控系统中的应用[M].煤矿机电,2005,(5).