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      一種礦用非接觸式閘瓦間隙實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

      2018-11-02 09:51:18張旭華裴文良張鳳海劉東梅
      制造業(yè)自動(dòng)化 2018年10期
      關(guān)鍵詞:制動(dòng)閘閘瓦盤式

      張旭華,裴文良,張鳳海,劉東梅

      (中信重工開誠(chéng)智能裝備有限公司,唐山 063020)

      0 引言

      盤式制動(dòng)器廣泛應(yīng)用于各種礦用提升機(jī)、下運(yùn)帶式輸送機(jī)及鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)等設(shè)備中?!睹旱V安全規(guī)程》第431條明確規(guī)定,盤式制動(dòng)閘的閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙應(yīng)不大于2mm。為了保障盤式制動(dòng)器工作的安全性和可靠性,通過礦用閘瓦間隙保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)閘瓦間隙處于安全范圍之內(nèi),對(duì)于保障相關(guān)設(shè)備可靠運(yùn)行以及整個(gè)礦井安全生產(chǎn)有著非常重要的意義。

      目前,國(guó)內(nèi)許多礦井還在使用機(jī)械式行程開關(guān)來檢測(cè)閘瓦磨損及彈簧疲勞,并將各個(gè)行程開關(guān)接入提升機(jī)電控裝置中以起到保護(hù)作用。但是,機(jī)械式行程開關(guān)存在調(diào)整精度不高,不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘間隙,故障處理時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),已經(jīng)不再適應(yīng)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的需求。

      針對(duì)上述情況,設(shè)計(jì)了一種礦用非接觸式閘瓦間隙實(shí)時(shí)保護(hù)裝置,該裝置采用非接觸式的位移傳感器實(shí)時(shí)采集盤式制動(dòng)閘的數(shù)據(jù),通過PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并在液晶顯示屏顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)及報(bào)警信息,在出現(xiàn)故障時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào),并能夠與各設(shè)備控制系統(tǒng)相互閉鎖。該套裝置經(jīng)過隔爆兼本質(zhì)安全的處理,滿足礦用閘瓦間隙保護(hù)的需求。

      1 閘瓦間隙實(shí)時(shí)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

      1.1 閘瓦間隙檢測(cè)原理

      所謂閘瓦間隙是指開閘時(shí)制動(dòng)盤與閘瓦之間的距離,如圖1所示。

      閘瓦間隙可由下列公式計(jì)算:DX=DC-DO

      式中:DX為閘間隙;

      DC為合閘時(shí),閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離;

      圖1 制動(dòng)閘正常狀態(tài)與閘瓦磨損狀態(tài)對(duì)比

      DO為開閘時(shí),閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

      1.2 閘瓦磨損檢測(cè)原理

      閘瓦磨損是由于盤式制動(dòng)閘在使用過程中,閘瓦與制動(dòng)盤不斷摩擦,使得閘瓦產(chǎn)生磨損,厚度減少。閘瓦磨損嚴(yán)重時(shí),會(huì)使閘瓦間隙過大,從而導(dǎo)致制動(dòng)力下降。

      如圖1所示,正常閘瓦合閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC小于磨損閘瓦合閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC1,閘瓦磨損值可由下式計(jì)算:

      式中:DM為閘瓦磨損值;

      DC1為磨損閘瓦合閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

      1.3 彈簧疲勞監(jiān)測(cè)原理

      彈簧疲勞是由于制動(dòng)閘經(jīng)常開閘和抱閘,導(dǎo)致彈簧產(chǎn)生形變,使得彈簧彈力下降,從而導(dǎo)致制動(dòng)力下降。制動(dòng)閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對(duì)比情況如圖2所示。

      圖2 制動(dòng)閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對(duì)比

      正常彈簧開閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO大于疲勞彈簧開閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO2,彈簧疲勞值可由下式計(jì)算:

      式中:DP為彈簧疲勞值;

      DO2為彈簧疲勞且開閘時(shí)閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。

      2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

      2.1 系統(tǒng)概述

      該裝置采用高精度非接觸式礦用本質(zhì)安全型接近傳感器實(shí)時(shí)采集閘瓦與接近傳感器之間的距離,并將距離值轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)4~20mA模擬量信號(hào)輸入到PLC的AI通道,經(jīng)過PLC程序的邏輯運(yùn)算,測(cè)算出閘瓦的磨損狀態(tài)及彈簧的疲勞情況,并將結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到液晶顯示屏上。當(dāng)某項(xiàng)參數(shù)超出設(shè)定的報(bào)警值之后,輸出報(bào)警接點(diǎn)信號(hào),并將故障信息顯示并保存到液晶顯示屏上。系統(tǒng)組成如圖3所示。

      圖3 閘瓦間隙保護(hù)系統(tǒng)組成

      2.2 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      該裝置采用PLC作為主控元件,與單片機(jī)等控制元件相比較具有以下優(yōu)點(diǎn):防潮、抗干擾能力強(qiáng);現(xiàn)場(chǎng)易編程、易擴(kuò)展;基本免維護(hù);并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件控制化;自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障等功能。模擬量模塊能夠采集標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA模擬量信號(hào)。

      本系統(tǒng)采用7寸嵌入式觸摸屏做為顯示設(shè)置終端,通過高精度礦用本安型接近傳感器實(shí)時(shí)采集各狀態(tài)下閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離,根據(jù)程序邏輯在PLC中進(jìn)行運(yùn)算,并將結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到顯示屏上。當(dāng)某項(xiàng)參數(shù)超出設(shè)定的報(bào)警值之后,輸出報(bào)警接點(diǎn)信號(hào),并將故障信息顯示到顯示屏上,如圖4所示。系統(tǒng)還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,如圖5所示。

      圖4 閘瓦間隙保護(hù)系統(tǒng)主畫面

      圖5 參數(shù)設(shè)定畫面

      3 系統(tǒng)特點(diǎn)

      1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘瓦工作間隙,當(dāng)閘瓦間隙超過設(shè)定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警,顯示范圍(1~10)mm。

      2)可以方便的在觸摸屏上對(duì)工作閘間隙、閘盤偏擺報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置(閘間隙保護(hù)值不得超過2mm,閘偏擺值不得超過0.5mm),并可對(duì)報(bào)警進(jìn)行復(fù)位。

      3)液晶顯示屏人機(jī)界面(HMI)直觀方便,能夠?qū)崟r(shí)顯示閘瓦間隙、閘瓦磨損、彈簧疲勞及閘盤偏擺值,當(dāng)閘瓦間隙或偏擺值超過設(shè)定值時(shí)對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行故障顯示。

      4)參數(shù)初始化:初次安裝或調(diào)整過閘間隙以后,可以通過按鈕或觸摸屏對(duì)開閘時(shí)和抱閘時(shí)的探頭初始值進(jìn)行設(shè)置,不僅能夠通過全部初始化按鈕將所有探頭初始化,并且可以針對(duì)某個(gè)探頭單獨(dú)將其初始化。

      5)報(bào)警功能:當(dāng)閘間隙值、閘瓦磨損值和彈簧疲勞值超過設(shè)定值時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警,并將具體故障類型和故障位置顯示到觸摸屏上,便于維護(hù)人員排查故障,同時(shí)還能輸出無源節(jié)點(diǎn)信號(hào)給相關(guān)設(shè)備的電控裝置。

      6)診斷功能:CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件。

      7)口令保護(hù):多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密,防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改,對(duì)于操作口令加密分級(jí)保護(hù)不同的用戶有不同的權(quán)限。

      4 結(jié)論

      該裝置已在國(guó)內(nèi)礦山實(shí)際應(yīng)用,該裝置通過非接觸式的位移傳感器實(shí)時(shí)采集盤式制動(dòng)閘的間隙數(shù)據(jù),檢測(cè)結(jié)果直觀、明顯,有效減輕了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了設(shè)備故障率及停機(jī)檢修時(shí)間,從而大大提高了控制系統(tǒng)的安全性,避免了由于盤式制動(dòng)閘長(zhǎng)期失修或閘檢測(cè)開關(guān)被甩掉造成閘安全檢測(cè)的盲點(diǎn),提高了礦井的生產(chǎn)力,可有效地避免重大安全事故。

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