摩擦提升可控式防滑系统设计

包从望+刘永志+江伟+林良

摘 要：针对摩擦提升机因制动力不足而引起提升容器过卷或过放问题，介绍了一种基于PLC的可控式防滑装置。分析了钢丝绳制动机构的工作原理，并给出了防滑装置控制系统的软硬件设计。所设计的可控式防滑装置具有结构简单、安装调试方便等优点，且具有卡绳功能，实用性好。

关键词：防滑装置；卡绳；滑速监测；PLC

中图分类号：TD534 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.102

摩擦提升机担负着煤炭、物料以及人员的运输任务，是矿井的运输枢纽。但受提升载荷、气候、油污等因素的影响，易引起制动力不足造成打滑，直接导致提升容器下坠或过卷，因此，研究摩擦提升机的滑动监测及防滑措施尤为重要。摩擦提升机防滑装置是矿井提升机的一种安全保护装置，可通过对钢丝绳施加制动力阻止滑动。目前，防滑装置存在对制动力控制精度不高、动态响应差且制动过程中制动力不可调等不足。据此，本文从钢丝绳制动机构原理出发，阐述可控防滑装置的硬件组成、滑速检测以及下位机程序设计。

1 可控式防滑装置钢丝绳制动机构

钢丝绳的制动机构是可控式防滑装置的重要组成部分，如图1.其中，楔块可分为防滑用楔块和卡绳用楔块2种，因此既可解决钢丝绳滑动问题，又可在换绳时作卡绳用。

1—楔合；2—摩擦衬垫；3—钢丝绳；4—楔块；5—导向销；

6—圆柱滚子排；7—制动油缸；8—安装架；9—导轨

钢丝绳制动机构原理：在提升机运行过程中，防滑装置实时监测滑速。当出现危险滑动时，液压制动系统向液压缸提供制动油压，产生制动力作用于楔块，由楔块向钢丝绳提供制动力，阻止钢丝绳滑动；当进行换绳操作时，将防滑用楔块换成卡绳用楔块，用销轴将其与楔合连接起来，由液压制动系统向换绳楔块提供制动力，实现卡绳。

2 可控式防滑装置硬件设计

可控式防滑装置主要依靠控制部分控制钢丝绳制动机构动作，从而实现制动力可控，其电控系统由PLC、编码器、霍尔开关、油压传感器等组成，如图2所示。采用西门子PLC300作为控制核心，通过高速计数器模块采集主、从动轮编码器脉冲，经PLC程序处理，得到钢丝绳滑动速度和滑动距离。当监测到危险滑动时，制动油缸动作，同时将油压传感器检测的制动油压反馈到PLC中，经运算后控制电液比例溢流阀调节开度。在钢丝绳制动机构上安装霍尔开关，用于监测制动机构的开合状态。上位机采用工业平板电脑，其与PLC300之间采用MPI或TCP/IP通讯，将各传感器采集的数据传给上位机，并在上位机中实时显示。

3 下位机程序设计

3.1 可控式防滑装置滑速检测

在钢丝绳无滑动时，主动轮的线速度等于从动轮的线速度且等于钢丝绳的速度，因此本文用从动轮的线速度代替钢丝绳的速度。通过在主、从动轮上安装编码器，检测两者的速度差。当速度差大于设定值时，可判定钢丝绳出现滑动。

主、从动轮的线速度v1，v2分别为：

式（1）（2）中：n1，n2为主、从动轮轴编码器在Δt时间内发出的脉冲数，P；d1，d2为主、从动轮的直径，m；N为轴编码器的分辨率，P/r；Δt为采样时间，s。

Δv为速度差，Δv=∣v1-v2∣.当速度差Δv大于允许滑动速度值ε时，即判定钢丝绳出现滑绳现象。

3.2 程序功能块

本装置采用模块化编程思想，将不同的功能放置在不同的程序块中。这样使得程序更加简单易读，易于查错和修改。本系统的PLC程序总体架构如图3所示。

4 上位机设计

上位机是人机交互的窗口，应具备以下功能：①实时显示各设备的运行状态，通过组态界面可对系统进行操作；②方便设置系统参数；③当系统发生故障时，记录故障点；④实时显示滑动距离、滑动速度、提升速度曲线，并以曲线形式记录，形成数据报表，可供查詢、打印；⑤具备测试界面，使得测试功能人机交互友好。

采用Forcecontrol-V6.0软件实现上位机组态画面的编写，上位机组态画面主界面如图4所示。其中，主界面显示了主动轮和从动轮的实时监控曲线，并对滑动作出快速响应。

5 结束语

本文从钢丝绳制动机构的工作原理出发，从硬件和软件方面设计了一套可控式防滑装置，并详细介绍了程序各功能块和模糊PID控制器的设计。该装置在钢丝绳出现危险滑动时可以有效解决钢丝绳的滑绳问题，同时该装置具有卡绳功能，有效地解决了换绳工作时繁杂操作的问题，结构简单、人机交互方便、自动化程度高，具有较高的实用价值和经济效益。

参考文献

[1]邵林波.煤矿液压提升机的安全功能及其安全隐患探讨[J].煤炭技术，2013，32（4）：223-225.

[2]黄建伟，杨建奎.多绳摩擦提升机快速卡绳装置的研究及应用[J].矿山机械，2008，36（13）：46-49.

[3]付贵祥，周红军，何莉.矿井提升机群远程智能测控系统研究[J].工矿自动化，2014，40（7）：103-105.

[4]叶磊.基于力控组态软件的压力机监控系统[D].广西：广西大学，2008.