張旭華,裴文良,張鳳海,劉東梅
(中信重工開誠智能裝備有限公司,唐山 063020)
盤式制動器廣泛應用于各種礦用提升機、下運帶式輸送機及鋼絲繩牽引帶式輸送機等設備中?!睹旱V安全規(guī)程》第431條明確規(guī)定,盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙應不大于2mm。為了保障盤式制動器工作的安全性和可靠性,通過礦用閘瓦間隙保護系統(tǒng)保護閘瓦間隙處于安全范圍之內(nèi),對于保障相關(guān)設備可靠運行以及整個礦井安全生產(chǎn)有著非常重要的意義。
目前,國內(nèi)許多礦井還在使用機械式行程開關(guān)來檢測閘瓦磨損及彈簧疲勞,并將各個行程開關(guān)接入提升機電控裝置中以起到保護作用。但是,機械式行程開關(guān)存在調(diào)整精度不高,不能實時監(jiān)測閘間隙,故障處理時間長等缺點,已經(jīng)不再適應當前煤礦生產(chǎn)的需求。
針對上述情況,設計了一種礦用非接觸式閘瓦間隙實時保護裝置,該裝置采用非接觸式的位移傳感器實時采集盤式制動閘的數(shù)據(jù),通過PLC對數(shù)據(jù)進行處理,并在液晶顯示屏顯示各項數(shù)據(jù)及報警信息,在出現(xiàn)故障時能夠發(fā)出報警信號,并能夠與各設備控制系統(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的需求。
所謂閘瓦間隙是指開閘時制動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算:DX=DC-DO
式中:DX為閘間隙;
DC為合閘時,閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離;
圖1 制動閘正常狀態(tài)與閘瓦磨損狀態(tài)對比
DO為開閘時,閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。
閘瓦磨損是由于盤式制動閘在使用過程中,閘瓦與制動盤不斷摩擦,使得閘瓦產(chǎn)生磨損,厚度減少。閘瓦磨損嚴重時,會使閘瓦間隙過大,從而導致制動力下降。
如圖1所示,正常閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC小于磨損閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DC1,閘瓦磨損值可由下式計算:
式中:DM為閘瓦磨損值;
DC1為磨損閘瓦合閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。
彈簧疲勞是由于制動閘經(jīng)常開閘和抱閘,導致彈簧產(chǎn)生形變,使得彈簧彈力下降,從而導致制動力下降。制動閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對比情況如圖2所示。
圖2 制動閘正常狀態(tài)與彈簧疲勞狀態(tài)對比
正常彈簧開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO大于疲勞彈簧開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離DO2,彈簧疲勞值可由下式計算:
式中:DP為彈簧疲勞值;
DO2為彈簧疲勞且開閘時閘瓦外側(cè)與接近傳感器的距離。
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時采集閘瓦與接近傳感器之間的距離,并將距離值轉(zhuǎn)化為標準4~20mA模擬量信號輸入到PLC的AI通道,經(jīng)過PLC程序的邏輯運算,測算出閘瓦的磨損狀態(tài)及彈簧的疲勞情況,并將結(jié)果實時顯示到液晶顯示屏上。當某項參數(shù)超出設定的報警值之后,輸出報警接點信號,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 閘瓦間隙保護系統(tǒng)組成
該裝置采用PLC作為主控元件,與單片機等控制元件相比較具有以下優(yōu)點:防潮、抗干擾能力強;現(xiàn)場易編程、易擴展;基本免維護;并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件控制化;自動檢測系統(tǒng)故障等功能。模擬量模塊能夠采集標準的4~20mA模擬量信號。
本系統(tǒng)采用7寸嵌入式觸摸屏做為顯示設置終端,通過高精度礦用本安型接近傳感器實時采集各狀態(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中進行運算,并將結(jié)果實時顯示到顯示屏上。當某項參數(shù)超出設定的報警值之后,輸出報警接點信號,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)場使用情況對各種參數(shù)進行設定,如圖5所示。
圖4 閘瓦間隙保護系統(tǒng)主畫面
圖5 參數(shù)設定畫面
1)實時監(jiān)測閘瓦工作間隙,當閘瓦間隙超過設定值時進行報警,顯示范圍(1~10)mm。
2)可以方便的在觸摸屏上對工作閘間隙、閘盤偏擺報警值進行設置(閘間隙保護值不得超過2mm,閘偏擺值不得超過0.5mm),并可對報警進行復位。
3)液晶顯示屏人機界面(HMI)直觀方便,能夠?qū)崟r顯示閘瓦間隙、閘瓦磨損、彈簧疲勞及閘盤偏擺值,當閘瓦間隙或偏擺值超過設定值時對故障報警進行故障顯示。
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開閘時和抱閘時的探頭初始值進行設置,不僅能夠通過全部初始化按鈕將所有探頭初始化,并且可以針對某個探頭單獨將其初始化。
5)報警功能:當閘間隙值、閘瓦磨損值和彈簧疲勞值超過設定值時進行聲光報警,并將具體故障類型和故障位置顯示到觸摸屏上,便于維護人員排查故障,同時還能輸出無源節(jié)點信號給相關(guān)設備的電控裝置。
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、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。
7)口令保護:多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密,防止未經(jīng)允許的復制和修改,對于操作口令加密分級保護不同的用戶有不同的權(quán)限。
該裝置已在國內(nèi)礦山實際應用,該裝置通過非接觸式的位移傳感器實時采集盤式制動閘的間隙數(shù)據(jù),檢測結(jié)果直觀、明顯,有效減輕了檢修人員的勞動強度、降低了設備故障率及停機檢修時間,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閘長期失修或閘檢測開關(guān)被甩掉造成閘安全檢測的盲點,提高了礦井的生產(chǎn)力,可有效地避免重大安全事故。