带式输送机可控启动装置设计分析及试验研究

荆雯斐

（阳泉华鑫采矿运输设备有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

近年来，随着采煤工艺及综采设备自动化水平的不断提升，带式输送机朝着长距离、大运量以及高运速的方向发展，进而对带式输送机启动、制动等装置特性提出了更高的要求和挑战。因此，将软启动理念应用于带式输送机的控制中，以实现长距离带式输送机的平稳启动，减小对工作面电网的冲击，提高带式输送机使用寿命的目的[1]。

1 带式输送机可控软启动系统的总体设计

调研国内外先进可控软启动方式的基础，初步将其可控软启动系统分为机械传动系统、液压系统以及电气控制系统。

1.1 结构设计

为保证可控启动装置能够实现对带式输送机软启动、制动、过载保护等功能，根据需求结合设计经验[2]，设计如图1所示的可控软启动装置。

图1 可控软启动装置示意图

1.2 液压系统的总体设计

根据可控启动装置的控制需求，为其液压系统配置冷却系统、润滑系统和离合器制动系统。冷却系统的主要功能是对离合摩擦器进行降温处理；润滑系统的主要功能是对可控软启动装置中各级齿轮进行润滑处理；离合器压力控制系统通过其中的电液比例溢流阀控制油压，进而控制环形活塞的行程，从而实现对输出轴转速的控制，以达到调速的目的。

1.3 电气控制系统的总体设计

带式输送机可控软启动装置电气控制系统是基于PLC控制器实时获取设备的运行参数，以达到对可控软启动系统中的冷却系统、润滑系统以及离合器压力控制系统的控制，从而实现对带式输送机软启动、软制动以及保护等状态的控制[3]。本文着重对可控软启动装置的电气控制系统进行研究。

2 带式输送机可控软启动系统电气控制系统的设计

2.1 控制要求

根据带式输送机的运行参数，将其可控软启动装置的电气控制功能划分如下：停止、启动、预压、缓冲、加速、慢速以及减速。其中，停止状态下还需对系统中各个传感器的运行参数进行监测；启动状态下需事先对CST进行监测；预压状态下主要使输送带倒转；缓冲状态下使输送带低速运行一段时间；加速状态下可根据设定的加速曲线控制输送带加速；慢速状态下在未收到停机信号时可在此速度下一直运转；减速状态即系统收到停机信号后在预定减速曲线下停机。

为保证可控软启动装置电气控制系统的可靠性和控制精度，需对冷却油压传感器、润滑压力传感器、油温传感器、输出轴转速、电机功率、离合器压力传感器、皮带打滑传感器所采集到的信号作为输出信号；将离合器压力传感器、冷却泵运行状态、电机运行状态、冷却风扇运行参数、输送带的速度信号视为控制系统的输出信号[4]。

2.2 系统配置

可控软启动装置电控系统的核心硬件为PLC控制器，在PLC控制器的基础上设计如图2所示的电气配置系统。

图2 可控软启动装置电气配置

如图2所示，可控软启动装置电气系统的主要设备有CST防爆控制箱，其中安装有核心PLC控制器，具体PLC控制器的型号为SLC-5/04，并为PLC控制器匹配了相关的本安信号隔离器、频率/电流转换器、中间继电器等；此外，可控软启动装置还配置了液晶显示屏，实时显示该装置的运行状态。

2.3 控制策略

目前，工业生产中使用较为广泛的控制算法为PID控制算法。PID控制算法的优势可改善系统的稳态性能，提升其动态性能。因此，针对带式输送机可控软启动装置采用PID控制器完成。而可控软启动系统控制性能直接受制于PID控制器参数的合理性，即积分、微分以及比例参数的确定。

本文采用凑试法对PID控制算法参数的确定结果如下：积分系数为2，比例系数为0.01，微分系数为0.5。

可控软启动装置电控系统的具体控制流程如下：系统运行前期需对冷却系统中的油压、油温等信号进行检测，若存在异常需通过开启风扇、加热器等对油压、油温进行调整，同时发出报警；电控系统根据带式输送机的实时运行参数和控制需求对电机输出轴的转速进行监测，若存在不一致的情况通过PLC控制器结合PID控制算法实现对相关液压元器件等执行机构的控制。

3 可控软启动装置试验研究

可控软启动装置主要应用于对长距离带式输送机的软启动控制，实现对多电机带式输送机功率平衡的控制，最终达到降低输送带的张力以提升带式输送机启动、制动阶段的平稳性[5]。为此，本节将搭建试验平台着重对可控软启动装置应用于带式输送机的性能进行验证，包括有可控软启动装置的启动性能、制动性能以及输送带速度控制性能等。

基于可控软启动装置的带式输送机启动及制动曲线如图3所示。

如图3所示，蓝色曲线为输送带的速度曲线，包括输送带的加速、匀速以及减速运行。具体分析如下：0～100 s为输送带的加速阶段；其中，0～20 s为第一次加速阶段，在此阶段输送带速度达到1.2 m/s后在此速度下缓冲平稳运行15 s，保证设备输送带被拉紧，避免输送带张力的瞬间增大对系统造成冲击，从而提升了设备的使用寿命；此后，从35～100 s为输送带的第二次加速，并最终达到设定速度要求后匀速运行，设定匀速运行时间为20 s。

基于可控软启动装置将减速阶段控制在60 s内完成，避免由于设备急停而引发的一系列事故的发生。如图3所示，输送带在60 s的时间段内实现平稳制动。

此外，在带式输送机的整个启动、制动阶段内系统内油温相对稳定，在合理范围之内。

4 结语

基于PLC控制器和PID控制器设计了可控软启动装置的控制系统，并对基于可控软启动装置带式输送机的启动、制动性能进行验证，得出如下结论：

1）在启动阶段通过两段加速和一段匀速可保证带式输送机的平稳启动；

2）将制动阶段时间延长至60 s可解决由于系统急停而引发的一系列问题。