摩擦提升可控式防滑系統(tǒng)設(shè)計

包從望+劉永志+江偉+林良

摘 要：針對摩擦提升機因制動力不足而引起提升容器過卷或過放問題，介紹了一種基于PLC的可控式防滑裝置。分析了鋼絲繩制動機構(gòu)的工作原理，并給出了防滑裝置控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。所設(shè)計的可控式防滑裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點，且具有卡繩功能，實用性好。

關(guān)鍵詞：防滑裝置；卡繩；滑速監(jiān)測；PLC

中圖分類號：TD534 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.102

摩擦提升機擔(dān)負著煤炭、物料以及人員的運輸任務(wù)，是礦井的運輸樞紐。但受提升載荷、氣候、油污等因素的影響，易引起制動力不足造成打滑，直接導(dǎo)致提升容器下墜或過卷，因此，研究摩擦提升機的滑動監(jiān)測及防滑措施尤為重要。摩擦提升機防滑裝置是礦井提升機的一種安全保護裝置，可通過對鋼絲繩施加制動力阻止滑動。目前，防滑裝置存在對制動力控制精度不高、動態(tài)響應(yīng)差且制動過程中制動力不可調(diào)等不足。據(jù)此，本文從鋼絲繩制動機構(gòu)原理出發(fā)，闡述可控防滑裝置的硬件組成、滑速檢測以及下位機程序設(shè)計。

1 可控式防滑裝置鋼絲繩制動機構(gòu)

鋼絲繩的制動機構(gòu)是可控式防滑裝置的重要組成部分，如圖1.其中，楔塊可分為防滑用楔塊和卡繩用楔塊2種，因此既可解決鋼絲繩滑動問題，又可在換繩時作卡繩用。

1—楔合；2—摩擦襯墊；3—鋼絲繩；4—楔塊；5—導(dǎo)向銷；

6—圓柱滾子排；7—制動油缸；8—安裝架；9—導(dǎo)軌

鋼絲繩制動機構(gòu)原理：在提升機運行過程中，防滑裝置實時監(jiān)測滑速。當(dāng)出現(xiàn)危險滑動時，液壓制動系統(tǒng)向液壓缸提供制動油壓，產(chǎn)生制動力作用于楔塊，由楔塊向鋼絲繩提供制動力，阻止鋼絲繩滑動；當(dāng)進行換繩操作時，將防滑用楔塊換成卡繩用楔塊，用銷軸將其與楔合連接起來，由液壓制動系統(tǒng)向換繩楔塊提供制動力，實現(xiàn)卡繩。

2 可控式防滑裝置硬件設(shè)計

可控式防滑裝置主要依靠控制部分控制鋼絲繩制動機構(gòu)動作，從而實現(xiàn)制動力可控，其電控系統(tǒng)由PLC、編碼器、霍爾開關(guān)、油壓傳感器等組成，如圖2所示。采用西門子PLC300作為控制核心，通過高速計數(shù)器模塊采集主、從動輪編碼器脈沖，經(jīng)PLC程序處理，得到鋼絲繩滑動速度和滑動距離。當(dāng)監(jiān)測到危險滑動時，制動油缸動作，同時將油壓傳感器檢測的制動油壓反饋到PLC中，經(jīng)運算后控制電液比例溢流閥調(diào)節(jié)開度。在鋼絲繩制動機構(gòu)上安裝霍爾開關(guān)，用于監(jiān)測制動機構(gòu)的開合狀態(tài)。上位機采用工業(yè)平板電腦，其與PLC300之間采用MPI或TCP/IP通訊，將各傳感器采集的數(shù)據(jù)傳給上位機，并在上位機中實時顯示。

3 下位機程序設(shè)計

3.1 可控式防滑裝置滑速檢測

在鋼絲繩無滑動時，主動輪的線速度等于從動輪的線速度且等于鋼絲繩的速度，因此本文用從動輪的線速度代替鋼絲繩的速度。通過在主、從動輪上安裝編碼器，檢測兩者的速度差。當(dāng)速度差大于設(shè)定值時，可判定鋼絲繩出現(xiàn)滑動。

主、從動輪的線速度v1，v2分別為：

式（1）（2）中：n1，n2為主、從動輪軸編碼器在Δt時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，P；d1，d2為主、從動輪的直徑，m；N為軸編碼器的分辨率，P/r；Δt為采樣時間，s。

Δv為速度差，Δv=∣v1-v2∣.當(dāng)速度差Δv大于允許滑動速度值ε時，即判定鋼絲繩出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象。

3.2 程序功能塊

本裝置采用模塊化編程思想，將不同的功能放置在不同的程序塊中。這樣使得程序更加簡單易讀，易于查錯和修改。本系統(tǒng)的PLC程序總體架構(gòu)如圖3所示。

4 上位機設(shè)計

上位機是人機交互的窗口，應(yīng)具備以下功能：①實時顯示各設(shè)備的運行狀態(tài)，通過組態(tài)界面可對系統(tǒng)進行操作；②方便設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；③當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，記錄故障點；④實時顯示滑動距離、滑動速度、提升速度曲線，并以曲線形式記錄，形成數(shù)據(jù)報表，可供查詢、打??；⑤具備測試界面，使得測試功能人機交互友好。

采用Forcecontrol-V6.0軟件實現(xiàn)上位機組態(tài)畫面的編寫，上位機組態(tài)畫面主界面如圖4所示。其中，主界面顯示了主動輪和從動輪的實時監(jiān)控曲線，并對滑動作出快速響應(yīng)。

5 結(jié)束語

本文從鋼絲繩制動機構(gòu)的工作原理出發(fā)，從硬件和軟件方面設(shè)計了一套可控式防滑裝置，并詳細介紹了程序各功能塊和模糊PID控制器的設(shè)計。該裝置在鋼絲繩出現(xiàn)危險滑動時可以有效解決鋼絲繩的滑繩問題，同時該裝置具有卡繩功能，有效地解決了換繩工作時繁雜操作的問題，結(jié)構(gòu)簡單、人機交互方便、自動化程度高，具有較高的實用價值和經(jīng)濟效益。

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