基于PLC控制的带式输送机盘式制动器超速制动研究.pdf

基于 P L C控制的带式输送机盘式 制动器超速制动研究 尹作 振吴 向凡 徐州五洋科技股份有限公司 徐 州2 2 1 1 1 6 摘要针对下运带式输送机制动过程难以控制的现象，提出了一种新型盘式制动器超速控制策略，并根 据盘式制动器工作原理，对盘式制动器超速控制系统进行了设计，开展了超速制动试验 ，结果表明该控制策略 可有效提高盘式制动器超速制动性能，满足带式输送机速度控制要求。 关键词盘式制动器；超速制动 ；电液 比例溢流阀；P L C 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 3 0 30 0 9 2 0 3 Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e m t h a t t h e b r a k i n g o f d o wn wa r d b e l t c o n v e y o r i s d i ff i c u l t t o c o n t r o l ，a n o v e r s p e e d c o n t r o l s t r a t e g y f o r d i s c b r a k e i s p u t f o r w a r d i n t h e p a p e n S u c h o v e r s p e e d c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e d i s c b r a k e， a n d t h e o v e r s p e e d c o n t r o l t e s t i s c o n d u c t e d ． T h e r e s u l t s h o ws t h a t t h e me n t i o n e d c o n t r o l s t r a t e gy c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e t h e o v e r s p e e d c o n t r o l p e rfo r ma n c e o f d i s c b r a k e ， a n d me e t t h e s p e e d c o n t r o l r e q u i r e me n t f o r b e l t c o nv e y or Ke y wo r d s d i s c b r a k e；o v e r s p e e d b r a k e；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 a l r e l i e f v a l v e；P L C 0 引言 下运带式输送 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 J 。然而 下运带式输送机在重 载、满载或者 采区突然停 电 时，会产生飞 车现象 ，因此 ，必须要 有可靠 的制 动系统防止事故 发生。由于盘式制动具有 制动力 矩大 、制动力 和制动 间隙可 调 、动作 灵敏 、结构 简单 、生产成本 低 以及使用 和维护方便 等优 点而 被广泛应用于下运带式输送机 。目前 ，国内的 盘式制动器制动 时有 较大冲击 ，无法 达到满 意的 制动效果。本文将提 出一种基于 P L C控制 的新型 控制策略 ，以实 现盘式 制动 器 的降 速平稳 制 动 ， 并在本公司产品上开展 了试验研究。 1 盘式制动器工作原理 盘式制动器 的盘 闸成对 安装在 支架上 ，盘 闸 内装有碟形 弹簧和液压缸 活塞 ，如图 1所示 。其 制动原理 如下 当液 压泵 站提供 的压力 油经 由 得 了曲线方 程 、了解 了其特点之 后 ，就 可 以分析 此种特点 的喂料头对物料运 动的影响 了。本文通 过实 验 ，提 供 了一 种分 析 、研 究 喂料 头 的方法 ， 对于不同形式的喂料曲面，都可以使用本方法来 对其进行研究。可通过分析 、对 比各种 不 同喂料 曲面的形状 、特 征 、相关 的特征 曲线方 程及其 实 际的喂料效率和 喂料量 ，来对 喂料 头进行进 一步 的研究和改进。 参考文献 [ 1 ]王细平 ，盂文俊 ．垂直螺旋输送机喂料头研究[ J ] ． 机 一 92 一 械工程与自动化，2 0 0 6 6 ． [ 2 ]王鹰 ．连续运输机械设计手册 [ M] ． 北京中国铁道 出版社 ，2 0 0 1 ． [ 3 ]刘立峰，杨洗陈 ．基于逆向工程 的激光再制造机器人 路径规划[ J ] ． 中国激光，2 0 1 1 ，3 8 7 ． [ 4 ]张丽艳，周来水，周儒荣 ．逆向工程中三维重构算法 研究与实现[ J ] ． 航空学报，1 9 9 9 3 2 4 2 2 4 4 ． 作 者 宋斌 地 址太原市万柏林区太原科技大学机械工程学院 邮 编 0 3 0 0 2 4 收稿 日期 2 0 1 2 0 41 8 起重运输机械 2 0 1 3 3 电液比例阀进入油腔时 ，液压缸活塞受油压力 P的 作用向外移动 ，碟形弹簧被压缩 ，闸衬与制动盘 的 间隙增大 ，制动力减小 ，油压力 P越 高，碟形弹簧 被挤压得越厉害，闸衬与制动盘的间隙越大，制动 力越小。当油压升至开闸油压 时，制动力为 0 ，盘 闸完全 打开 ，带式输送机启 动；当油压力 P降低 时 ，存储的弹力释放 ，液压缸活塞经 由碟簧拉动往 回移动，闸衬与制动盘间隙减小，制动力增大 ，带 式输送机速度降低 ；当油腔 内没有压力时 ，在碟形 弹簧压力作用下，盘 闸与制动盘的制动力最大，即 制动盘被抱死，实现带式输送机完全制动。 1 2 3 4 f|＼ ＼ 9 ’ ●_ l 8 l l i L 1 ． 液压缸活塞2 ．碟形弹簧3 ．闸衬4 ．制动盘 图 1 盘式制动装置结构示意图 由此可见 ，制动力与 液压缸压力成 反 比，改 变油压力 P可 以获得不 同的制动力 ，实现 带式输 送机的可控制动。 2 盘式制动器超速控制系统设计 盘式制动器超 速控 制 的核心 在于调节 电液 比 例放大板 的输 出 电流 ，调 整泵站 出油量 ，减小盘 闸油腔进油 量 ，从而减小 油腔压力 、增加 闸衬正 压力 ，实现对制动盘的制动减速作用 。 盘式制动器超速制 动也可 以用 经典 的 P I D方 法进行控制 ，但比例 P 、积分 I 、微分 D 参数整定 困难 ，即便 可经过反 复的实验整定 ，但 是依然无法避免电液比例溢流阀的先导区问题， 如图2 所示。在该区间，若依然采用P I D方法进行 控制 ，那 么实际上油泵的出油量并没有因此减少 ， 显然无法达到预期的制动效果。 本设计采用 阶梯线 性 比例 给定 方法 。首先通 过实验测出电液 比例溢流阀动作 的最低 电压值 起重运输机械 2 0 1 3 3 m A 先导 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ． 。 图2 电液比例控制板输入输出曲线 ，确定死区范 围 ，然 后 测 出盘 闸完全 打 开时 ， 电液 比例溢流 阀对应的最高 电压值 。当盘式制 动器超速时 ，在 一 范 围内阶梯线性减小 比例 溢流 阀电压值 ，使油泵 出油量 缓慢减少 ，从 而实 现制动盘的缓慢连续减 速制动 。该控制方法 不但 避开 了电液 比例溢流阀的先导 区 ，也完全避 免 了 传统制动过程 中的 冲击 现象。其 控制流程 如 图 3 所 示 L ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一J 图 3 盘式制动器超速控制流程图 一 9 3 3 盘式制 动器超速控制试验 本实验 以 S i e m e n s的 C P U 2 2 4 X P C N、扩展模块 E M2 2 1和扩展模块 E M 2 3 5为载体 ，使用 S t e p 7 Mi c r o WI N进行编程。采用矿 用隔爆 速度传感器对盘 式制动器速度进行测量。 3 ． 1主要控制程序编制 首先对盘 式制动器 转速进行 判断 ，如果超速 1 0 ％ ，则超速标志 M2 ． 3置 1 ，程序跳至分段 比例 阀控制子程序 ，如 图4所示 。 图 4 判断是否超 速程 序 在分段控制 比例 阀子程 序 中，P L C阶梯线性 输 出数字量 值 ，电液 比例 控制板 的输入 电压连续 减小，盘闸缓慢贴紧制动盘，从而使得盘式制动 器的速度平稳连续降低 ，如图5 所示。 当测速传感器测得盘式制动器的速度降至正常 范围内后 ，比例溢流阀失 电，程序执行不超速部分。 3 ． 2试验 结 果 在本公司盘式制 动器产 品上开展试 验 ，结 果 如图 6所示 ，可 以看 出，当带式输送 机速度 超 出 其正常运行速度 3 8 r ／ mi n 时 ，控制系统 响应迅 速 ，盘式制动器能够在 2 0 s内平稳 实现超速制动 ， 满足带式输送机超速制动要求。 4结论 本文从盘式制动器工作原理出发，对盘式制 动器超速控制 系统进行 了设计 ，通过 P L C控制 程 序对盘式制动器超速制 动进行 了试验 。研究结 果 一 9 4 一 卜 -． ⋯ 。 凸 一 卜 _ o 卜 _ 【 1 l l N_ 』 A 口 w4 雕3 I A l z e e On S MO 0 _ 卜 _ _ 辞 1052 差 毪 臻 箍 鬣 璃蔫 糍 壤蠢蔫 爨 鬣 整 凝 鹆 荡 鬣辅 蠛蛾 鲁 旗 蔫甓 稿 萋鞴 髓 最熏 煎 饕 蔫 图5 分段控制 比例阀程序 图 6 超速制动试验 曲线 表 明该控制策略能够很好地提高盘式制动器超速 制动性能。 目前 ，该控制方法 已经成 功应用于本 公 司盘式制动器产品，市场反映 良好。 参考文献 [ 1 ] 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 ]李景福 ．下运带式输送机的制动控制系统研究[ J ] ． 现 代商贸工业，2 0 0 8 ，2 0 5 ． [ 3 ]李文宏，朱路群，肖林京 ．下运带式输送机计算机控 制制动 系 统 的研 究 [ J ] ． 工 矿 自动 化，2 0 0 3 1 9 1 1 ． [ 4 ]侯友夫，黄民，张永忠．带式输送机动态特性及控制 技术[ M] ． 徐州煤炭工业出版社，2 0 0 4 ． 作 者尹作振 地 址江苏省徐州市铜山新区昆仑大道徐州五洋科技 股份有 限公 司研 究所 邮 编 2 2 1 1 1 6 收稿 日期 2 0 1 20 61 4 起重运输机械 2 0 1 3 3