基于PLC的盘式可控制动系统研究.pdf

基于 P L C的盘式 可控制动系统研究 王刚 山东科技 大学 包继华 青岛2 6 6 5 9 0 摘要 为防止下运带式输送机在制动过程中由于加速度突变对带式输送机机械系统产生过大冲击 ，将余 弦加速度运动规律，应用于盘式制动器制动过程，采用 P WM技术对制动控制系统进行分析与设计。 关键词带式输送机；盘式制动器；余弦加速度规律；P L C ；电液比例阀；P WM技术 中图分 类号 T H 2 2 2 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 4 0 8 0 0 8 60 3 Ab s t r a c t T o a v o i d l a r g e i mp a c t o f s u d d e n c h a n g e o f a c c e l e r a t e d s p e e d t o t h e b e l t c o n v e y o r s y s t e m d u r i n g b r a k i n g o f t h e d o wn w a r d b e l t c o n v e y o r ， t h e c o s i n e a c c e l e r a t i o n l a w i s a p p l i e d t o t h e b r a k i n g p r o c e s s o f t h e d i s c b r a k e ． T h e b r a k e c o n t r o l s y s t e m i s a n a l y z e d a n d d e s i g n e d b y a d o p t i n g P W M t e c h n o l o g y ． ‘ Ke y wo r d s b e l t c o n v e y o r ； d i s c b r a k e； c o s i n e a c c e l e r a t i o n l a w； P L C； e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n al v a l v e； P W M t e c h n o l o gy 带式输 送机具 有输送 能力 大 、运 行阻力 小 、 耗电量低、运行平稳、便于 自动控制等优点，被 广泛应用于煤炭 、冶金 、港 口等行业⋯ 。但下运 带式输送机满载工作 时电动机可能处在发 电状态 ， 当采区突然停 电时易 出现 飞车现象 。如果紧急刹 车时制动力矩过大 ，系统产生 巨大 冲击 ，有可能 使输送带断裂引发安全事故。如果制动力矩过小， 则不能及 时刹 车，会造成飞车事故 。所 以不论是 正常制动 ，还是紧急制动时 ，都应安全可靠停车。 在盘式制动器上加装 P L C控制系统 ，利用 P WM技 术使输送带停车时速度按正 弦规律 变化，可 以在 尽量小 的冲击下实现安全可靠停车 。 1 大功率下运带式输送机制动的基本要求 不论采用 哪种 制动技术 ，煤 矿下运带式输送 机的制动装置都必须满足 以下选用原则 1 输送机满载或部分带载制动时，由于存在 较大的势能 ，必 须对制动加速度和制动时 间进行 有效控 制 ，使输送机平稳停车。如果制动时 间过 短 ，制动加速度过大 ，容易 引起 系统产生高 冲击 力， 损坏设备。通常大功率下运带式输送机制动 加速度控制在 a 0～ 0 ． 3 m ／ s 范围内，并且原则 上保证最大制动力不大于驱动力的 1 ． 5倍。 2 大功率下运带式输送机必须解决系统突然 失电时的紧急制动问题。系统 突然失 电时 ，驱 动 电机不能正常工作 ，失去 了对物料下滑力的制约 ， 一 8 6 一 输送机处于加速下滑状态 ，此时制动装置必须快 速动 作 ，施 加 制 动力 制 动停 车 ，避 免 发 生 飞 车 事故 。 3 在带载稳定运行时 ，输送机做负功，电机 处于发 电状态 ，必须将发 出的电能消耗处理 ，负 功率较小时一般采用热耗利用 ，负功率较大时 一 般是将电能并人电网利用。 2 盘式 制动器制动力矩设计 为克服下运 带式输送 机制动时系统过大 的冲 击，带式输送机的速度应符合正弦规律，加速度 应符合余弦规律。 为减速时间，如图 1 所示。当 T 0 ，即开始减速时，带式输送机速度为 ，T s 后 减到 0 ；加速度 a0 ， 后达到最大 ，为使计算 简便加速度取正值 。 加速度数学表达式 a 一a m a x C O S n ／ 2 T t n ／ 2 a m a x s i n n ／ 2 T t 速度为加速度 的一次积分 t J a m a x C O S 兀 ／ 2 T t n ／ 2 d t J 0 2 1 Ⅱ m a x s i n C 。 “ L J 初始条件 T 0时 0 ，得 C 0 。 速度方程为 ⋯s i n m a x c O SV t a m 口 m a x n H 起重运输机械 2 0 1 4 8 ‘ 瑙 县 曩 ＼ ＼ ＼时 间 s 图 1 余弦加速度运动规律 满载时制动最困难 ，制动时力学方程为 R F 一[ m g s i n l 3 一 q 2 g d g q 1 ” c o s g L ] mm d R1 整理得 m m d 鲁 [ m g sinfl 一 g 2 g d g g “c o s g L ] 。 亩 式中F 为盘式制动器总制动力 ，N；L为输 送长度 ，m；JB为输送倾角 ； ” 为输送带在 回程分 支运行的阻力系数，∞ 0 ． 0 1 2 ；g 、g ” 为 承载托 辊 、回程托辊旋转部分线质量 ，k g ／ m；m 为输送 带质量 ，k g ；R、R 。 为制动盘 、滚筒半径 ，m。 实际工 程 中，带式输 送机正 常工 作时 ，载荷 接近满载并且变化不大，因此设 C 鲁 c 2 [ m g s in ／3 一 q 2 g d g g ∞ ” c 。 sl3 g L ] ’ 亩 化简得 F C 1 口 C 2 3 盘式制动器 液压 站压 力设计 对于单副盘式制动器其制动力随时间变化规律为 F PP A 。 式中 F 为单副盘式制动器制动力 ，N；n为 盘式制动器副数 ；P为盘式制动器松闸油压 ，P a ； P 为制动时合 闸油压 ，P a ；A为盘式制 动器液压 缸活塞有效面积 ，m 。 盘式制动器合闸油压 P 一 半 盘式制动器的液压站压力 调节是依靠 电液 比 例阀与溢流 阀配合 实现 的 ，溢 流 阀起定 压作 用 ， 电液 比例 阀调节压力。电液 比例 阀输 出压 力与 电 起 重运输机械 2 0 1 4 8 流 近似 正 比关 系 。 当 电 流达 到 最 大 时 比例 阀输 出 压力最大 ，盘式制动器油压为 0，当电流为 0时 比 例阀输出压力最小，盘式制动器油压为 P 。由此得 一 土 I t I 一I 一 化简得 r r C1 0t C2 ‘ ， m “ 令 c 。 C 1 C 4， m B 则 ， I C 3 C 4 C 3 a m ax in 男 若要准确控制制动过程，必须引入反馈，以 速度为反馈信号 ，必须得 出速度与 比例 阀电流关 系 ，消去加速度 口可得 ， l TC 3 1 t an劳 C ， l a n t 整个 系统控制 框 图 见图 2 。 图 2系统控制框 图 4电控 系统设计 正常制动时，最大加速度为 0 ，制动时间 T 1 ； 紧急制动时 ，最 大加速度 为 0 ，制动时间 。控 制流程见图 3 。 匠丽 一 8 7 采用 P WM技术可以得 到驱动比例 阀正弦规律 变化 电流。采用调制解调技术 ，输人正弦调制波 i s i n t o t ，频率 ∞ ／ 2 冗，幅值为 ， ，载波 ， 其频率为 很高，幅值 ， 。系统 电压调制 比 M ／ ，改变电压 调制 比可 以得 到符合 要求 的 电 流。实际工程 中采用 P L C中 P WM模块控制 电液 比 例阀线 圈 电流。P WM 信号 加在 比例 电磁 铁线 圈 上 ，由于线 圈的电感作 用，电流 为小 幅度波动 电 流 ，此波 动起 到颤振 作用 ，能够 有效 降低摩 擦 ， 减小 电磁铁 的磁滞 和死 区现象 ，提 高电磁铁铁芯 对电流响应 的灵敏度 j 。颤振作 用的效果取决于 电流波动的频率和幅值 ，频率较低和幅值较大时 ， 效果明显 ，但 频率太低 ，幅值过 大时 ，又会 引起 振动，使系统不稳。可以用 P L C对系统进行控制， 以速度 为反馈量经 P L C内部程序运算转化为电流 值 ，与电液 比例 阀给定 电流值进行 比较，完成负 反馈控制。本 系统 采用 C P U 2 2 4和 E M 2 2 3接 口模 块 ，外部 电路 D C 2 4 V，测量输送机带速用 K G S 7 总线式速度传感 器 ，带速显示 电路使用一个 四位 数码管实时动态扫描显示 ，数码管可由 7 4 L S 4 8来 译码驱动 ，可 以实 时监测带速 ，其控制 系统方框 图如图4所示 ，整个控制系统硬件接线图如图5所 示 。 图 4系统方框 图 电液 功率驱动 比例阀 电路 l o l 74Ls48译 码 器 l； I四位 共阴极数码 管 亍萋 口 A R n I I 1 ， 1 辛 IO KM l I o o o Q o 0 o o o 模拟 置I ／ O O 1 L 0 ． 0 0 ． 0 ．2 O ．3 O ．4 o 2 L l 0 ． 5 O ．6 0 ． 7 1 ． ． 1 o P E N L A C O C P U 22 4X p o QlQI S 1 M 0 ．0 O ．1 O ．2 O -3 0 4 O ．5 0 ．6 0 ．7 2 M 1 ．0 1 ．1 1 ．2 ． 1 ．3 ． 1 ．4 ． 1 ．5 M L M I V l M I A B 0 2 Z 2 2 0 2 2 0 o Z 2 2 2 2 Z 2 o 感 电源 图5 系统硬件接线图 5总结 ⋯ L l j 下运带式输送机满 载时 ，正 常停 车需要较大 制动力 ，并且易发 生飞车事故 ，设计 速度按正弦 规律变化可尽量减小制动时对系统的冲击，这要 求精确控制盘式制动器输 出的制动力 。本文设计 出满载制动时，电液比例阀输入电流随时间变化 关系，并 以输送带速度为反馈量 ，利用 P WM技术 进行控制 ，对控制 系统进行 了初步设计 。随着技 术发展 ，P WM技术在电液 比例 阀控制 中的应用会 更加成熟。 一 8 8 一 出 参考文献 于学谦 ．矿山运输机械[ M] ．徐州中国矿业大学出 版社 ，1 9 8 7 ． [ 2 ]向军 ．逻辑性变频调速与盘式制动器在大功率下运带 式输送机上的应用 [ J ] ．起重运输机械，2 0 1 4 2 1 05， 1 06． [ 3 ]黄勇 ．新型电液 比例 阀的设计及其控制方法的研究 [ D] ．长沙湖南大学，2 0 0 7 ． 作 者 王刚 地 址 青岛市黄岛经济技术开发区前湾港路 5 7 9号 邮 编 2 6 6 5 9 0 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 8 起重运输机械 2 0 1 4 8