摘要：针对现有的带式输送机软启动装置普遍存在结构复杂、设备升级改造投入大等问题，设计了一种新型带式输送机调速装置。介绍了该调速装置的结构及工作原理，带式输送机软启动模式及多机驱动功率平衡分配方案，以及电气控制系统的软硬件设计。
关键词：带式输送机；调速装置；软启动；电气控制；PLC
1 带式输送机调速装置结构
1.1机械系统
带式输送机可控变速装置机械系统的构成包括齿轮减速机构、2K－H(NGW)型传动机构。调速控制装置机械系统构造可发挥齿轮减速机构作用，使力矩扩大，对转速进行有效控制，达到良好的过载保护效果。
1.2液压系统
带式输送机选择液压系统用作调速控制装置，调控内齿圈。其主要构成要素为电液比例阀。电压比例溢流阀在电气控制系统参数已知时，调节液压系统，使之工作压力发生改变，继而影响液压油温。液压马达常被作为传动蜗干动力源，即发挥电液比例节流阀作用，调整液压油流量，改变带式输送机速度，实现无级变速。
1.3软启动功能和多机驱动动力分配
(1)软启动功能。当主电机处于启动状态时，为液压马达供油。在设定参数已知情况下，电气控制系统能够更改电液比例溢流阀压力。当主电机转速达标时，电气控制系统能够更改电液比例节流阀，控制其流量，甚至使之关闭。按要求调节输送机滚筒转速，保持带式输送机平稳软启动。
(2)多机驱动功率平衡分配方法。无论性能差异、载荷波动，还是输送带弹性变形、安装误差等，都会影响电动机使用。其中，多机启动会对电机负载功率产生影响，导致其分配不均，严重干扰输送机功率，使之失衡，影响工作性能。新型带式输送机将电流控制功率平衡阀应用到调速控制装置中，在供电环境及参数一致前提下，运行不超过负载范围。电动机功率与其输入电流有关，可将驱动电机工作电流值作为参考指标，科学分配带式输送机功率。
2 带式输送机调速装置电气控制系统设计
2.1硬件模块
带式输送机调速装置电气控制系统主要由信号采集模块、通信模块、人机交互模块、PLC模块和液压控制阀驱动模块组成，其结构如图1所示。为了适应矿井作业环境，提高控制设备的安全性，电气控制系统被放置在隔爆箱内，隔爆箱外部安装触摸屏以实现人机交互，可查看带式输送机的实时运行参数、故障报警代码，并可手动设置系统参数。
选用三菱FX3U-32MR-ES-A型PLC，其采用了成熟光电隔离技术，抗干扰性能力很强，工作性能稳定可靠。电气控制系统通过电流传感器、油压传感器、速度传感器采集输入信号，AD转换后经PLC处理，运算结果再经DA转换输出信号控制主启动电机和液压系统驱动电机的启停以及各电液比例阀的流量，从而平衡电动机的功率分配、实现带式输送机的软启、停机。
（1）信号检测电路
信号检测电路如图2所示，其作用是将传感器采集到的电流、油压、温度等模拟信号转换为数字信号，并输出4~20mA的标准电流信号。为了满足矿井安全作业的需要，信号检测模块采用本安防爆型传感器；模拟信号在进行AD转换前，需先输入WP6036-EX检测端隔离式安全栅。
（2）液压控制阀驱动电路
带式输送机调速装置采用ATOS（E-RI-AE-05F/I型）电子放大器驱动带阀芯位置反馈的比例阀，该电子放大器可向液压马达的电磁铁提供一个切换电流，此电流值与液压控制阀的开口量成正比，借此调整液压马达的流量并控制液压回路压力。电液比例节流阀与溢流阀的驱动电路如图3所示。
图1 带式输送机调速装置电气控制系统结构
图2 带式输送机调速装置信号检测电路
图3 带式输送机调速装置液压控制阀驱动电路
2.2电气控制系统软件设计
考虑到电气控制系统的扩展、维护及安全性需要，PLC控制程序采用了模块化架构，由初始化程序和功能模块程序组成，各功能模块彼此相对独立。调速装置通电后，系统自动初始化，对设备状态自检并恢复初始设定，随后开始正常工作。
根据带式输送机的运行状态（停止、启动、匀速运行、功率分配、检带运行和停车等）分别编写相应的PLC控制子程序。图4为软启动控制子程序流程，带式输送机软启动时首先要将电液比例节流阀的阀口开度调至最大，随后调节电液比例溢流阀至目标压力；液压泵开始工作，当液压马达到达设定转速时主电动机开始启动；主电动机转速到达额定值后，关闭电液比例节流阀，使液压系统压力匀速降至安全下限（0.1MPa），至此完成软启动，平衡抵消启动荷载。
图4 带式输送机调速装置软启动子程序流程
本研究提出的带式输送机调速控制装置作为机电液一体化产品，其电气控制系统的主控核心是高性价比FX3U型PLC，控制程序采用了模块化设计，整个调速装置功能完善、结构简单、成本低廉。通过实际工况测试表明，该系统对带式输送机的机械与液压系统反应灵敏、控制准确，具备功率分配平衡、传动效率高、调速范围广的特点，可以实现长运距、大运量矿山带式输送机在复杂作业环境下的软启、停车，可广泛用于我国矿山企业对现有装备的技术升级，具备良好的应用前景。
参考文献
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［5］狄东晗,刘元法.PLC及变频技术在带式输送机改造中的应用［J］.煤矿机械,2010，31(6):159-160.
论文作者:伍庆庆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/12
标签：带式输送机论文; 装置论文; 控制系统论文; 功率论文; 电气论文; 液压论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第22期论文;