CST可控启动传输系统在带式输送机的应用—段瑞贺

1CST可控启动传输系统在带式输送机的应用段瑞贺李东张以涛（山东鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿，山东郓城274700）摘要：本文介绍了CST可控传输系统的结构性能及工作原理，并对其应用情况作出评述。关键词：可控传输系统；带式输送机；应用CSTcancontrolastarttodelivertheapplicationthatthesystemtransportsmachineinthetaketypeAbstract:ThistextintroducedCSTtocontrolthestructurefunctionandworkprincipleofdeliveringthesystem,andastoit'stheappliedcircumstancemakeacomment.Keyword:Cancontroltodeliversystem;Thetaketypetransportsmachine;Applied目前我矿主胶带输送机采用CST可控传输软启动系统，输送机全长1690m，采用3台500kW主电机驱动，带宽1.4m，满速为3.55m/s，运输能力2000t/h。输送机的电气部分主要包括：美国罗克韦尔道奇公司的CST减速器，天津贝克公司的KJ50型PROMOS监控系统，整个系统由PLC进行控制。CST减速器是一种带有电液反馈控制的齿轮减速器。由减速器、CST电液控制元件以及冷却系统组成，可通过调整离合器系统压力实现可控软启动和软停机的目的。PROMOS监控系统主要是对整条胶带沿线进行在线保护，其主要保护功能有：跑偏、烟雾、打滑、撕裂、堆煤等；每隔300m有一部扩音电话，用于沿线通讯。1PROMOS监控系统PROMOS监控系统是一种适用于各种控制任务的通用型、高性能、高可靠性的工业自动化系统，它适用于煤矿井下有甲烷和煤尘爆炸危险的环境中。该系统具有较强的适用性和可扩展性，可以形成不同的控制规模，小到一条皮带，大到整个采区乃至全矿井的生产过程控制，方便灵活，其逻辑控制方式，可以通过软件编程来实现，使复杂的控制逻辑变得简单易行。系统中有独立的语音通讯线，使系统在可以延伸的地方就可以进行语音通讯。系统中有独立的安全保障回路，与控制回路相连使用，可使系统控制安全可靠。PROMOS监控系统和CST系统配合可完成皮带的软启动和软停车。其配合过程如下：①启动：将PROMOS起停开关打到启动位置，发出启动预警声，经2s后盘型闸开始打开，当系统收到“闸到位”信号后，间隔3s依次启动3台主电机；如果没有“正常停车故障信号”则发出“CST运行”信号，胶带开始启动，当收到“CST满速”信号后，启动预警结束，正常运行灯亮，启动过程结束；②停车：当运行过程中需要“正常停车”时，则系统向CST发出“CST停车”信号，CST减压，胶带停止，主电机停止。当系统有急停信号或其它CST严重故障时，则CST系统或PROMOS切断主电机运行回路，主电机停止，输送机以很快的速度减速至零，将事故影响缩至最小。2传输系统可控起动传输（CST）是用于大惯性负载平滑起动的多级减速齿轮装置，多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动。CST的主要结构包括减速齿轮箱、滑油冷却系统、液压系统和基于可编程控制器（PLC）的控制装置。一条输送机可以由一台电机及一台CST驱动，也可以由多台电机及多台CST驱动。驱动电机在负载（输送机）起动之前启动，此时CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到满转速时，控制系统逐渐增加每台CST离合器上的液压压力，起动输送机并逐渐加速到满速度。这使得输送机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。启动时驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据起动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机。同样CST也可以象控制输送机的起动那样控制输送机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。也可以在CST输入轴上加一个大的飞轮，虽然在大多数的系统中不需要，但是在某些情况下系统需要安装飞轮来降低对皮带的动态冲击。2当一驱动系统中有多台CST时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过控制每台CST离合器的压力，并允许一台或几台CST的离合器进行轻微打滑来实现的。皮带正常运行时，根据系统中各CST的功率平衡要求，每台CST的离合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩，但系统中任何负载的增加都将引起离合器打滑，这种情况被称为“软锁定”。当离合器被软锁定时，任何的瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这样驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其使用寿命。平行轴式CST（如图1所示）含有两级减速齿轮，第一级减速装置为圆柱斜齿轮装置，第二级减速装置为行星齿轮装置。当电机达到满转速时，太阳轮（1）带动三个行星轮（2）转动；行星轮带动自由旋转齿圈（4）转动；输出轴固定在行星齿轮架（3）上的，此时并不转动，当液压系统向环形活塞加压时，离合器的摩擦片(旋转片)和静止片（5）相互作用，使加在齿圈（4）上的力矩逐渐增加，当齿圈的转速以控制速率降低时，行星齿轮架由行星轮及齿圈带动开始转动，输出轴的转速与齿圈的转速成反比。图1平行轴CST摩擦片系统是一个湿式离合器的力矩传递系统，传递到输出轴上的力矩是通过变化压力来控制的，当环形活塞上的压力增加时，旋转片和静止片在其各自的花键上轴向移动而互相靠近。当活塞的压力使旋转片和静止片相互压紧时，静止片将使旋转片和齿圈的转速降低，随着齿圈的速度降低，输出轴的速度则加快。当齿圈的转速降为零时，输出轴将达到正常的额定速度。CST系统包括一台冷却油循环泵和一台热交换器。CST在加速和需要离合器打滑来进行功率平衡时，冷却油通过离合器摩擦片上的特殊凹槽（如图2所示）带走旋转片和静止片相互摩擦而产生的热量。当离合器完全锁定后，也可以停掉冷却油泵。3图2CST离合器(1)基本控制信号1)CST冷却油压力(或流量)传感器或压力开关：冷却油回路中的压力传感器和/或开关用于保证CST中和离合器上有足够的冷却油流量。2)CST润滑压力传感器或压力开关：润滑油回路中的压力传感器和/或开关用于保证CST中的轴承有足够的润滑压力。3)CST油温传感器：油温传感器RTD用于监测CST油箱中的油温，以控制热交换器起、停及超温报警。4)CST输出轴速度：安装在CST输出轴上的速度传感器用于提供速度信号来控制皮带的加速。5)CST离合器压力传感器：用于监测施加到离合器上的实际压力，以便对皮带速度进行监测和控制。6)皮带打滑传感器：皮带速度传感器（光电编码器安装在皮带滚筒轴上，或滚轮式传感器装于皮带底部）用于测量皮带速度，通过比较皮带速度与CST的输出轴速度来检测皮带打滑。7)功率信号传感器：提供准确的驱动电机功率信号进行功率平衡控制。8)离合器压力控制阀：比例控制阀用于调节离合器的压力，控制CST的输出扭矩及皮带速度。9)冷却泵/电机运行：启动冷却泵及其电机的开关量信号。10)冷却风扇运行：根据需要启动和停止热交换器冷却风扇的开关量信号。(2)起动控制过程1)起动过程输送机的运行将循环往复以下7个状态：状态0停车，状态1启动，状态2预压，状态3啮合，状态4加速，状态5满速，状态6减速。停车：输送机速度为零，离合器压力为零。启动：接收到“运行”信号并且输送机及CST系统无故障。预压：逐渐给CST离合器加压，同时打开制动闸啮合：输送机开始移动。加速：输送机按设计曲线逐渐加速。满速：输送机达到慢速。减速：CST收到停车信号或因故障停车。2)可控起动传输包含以下几个内容：a．可控起动CST可以通过PLC程序来控制输送机启动的速度曲线，此曲线一般是通过对此输送机进行的动态分析而得来的，典型的启动速度曲线如图3所示：图3典型的启动速度曲线b．可控停车4和可控起动一样，CST也可以控制输送机按照要求的曲线停车。一般来说此曲线是线性的。对于正常停车，停车时间为30s；而对于紧急停车，停车时间一般在10s之内。c．可控的启动时间输送机的加速起动时间可以在40～300S的范围内根据要求设定，PLC程序中的缺省设置值是60S。不同的起动时间会产生不同的加速度频率，但是加速度曲线仍然是正弦曲线。d．可控的最终速度除了可变的起动时间外，输送机还可以有可变的最终速度，比如验带速度(慢动)方式。最终速度可以为10％～50％。验带速度不是为正常运行而设计，仅供检修皮带用。3)PID控制大多数大型输送机使用多个驱动系统，在输送机运行的所有阶段上都要使各驱动器之间达到适当的负载平衡以便使输送机上所有部件的负载和应力最小。对于使用超过一台CST驱动器的输送机系统，CST控制系统将保证使各驱动电机达到负载均匀分配。这一切都是通过PLC程序里的多个PID控制回路来实现的。3应用情况对于大型胶带输送机，目前应用比较广泛的驱动器主要是CST和变频器，相对于变频器CST还存在如下的优点：①变频器是用于变速的，但大型带式输送机要求的运行速度为恒速，改变带速是不必要的。对于超长距离的大运量的带式输送机，最重要的要求是可控起动和停车；②变频器安装于减速器的高速轴侧，如果产生过载不能立即提供对减速器、滚筒、胶带和电动机的保护。而CST的离合器安装于减速器的低速轴侧，如果发生过载，离合器片能立即隔开冲击并吸收冲击负荷。目前，CST可控启动传输系统在我矿运输系统中完全发挥出它自身的特点，运行参数完全达到了系统的要求。通过对运行情况实测结果分析，其启动曲线与设定的S型曲线基本完全吻合，能实现软启动的功能；在达到全速后，3台CST可实现将主电机的功率平衡保持在2％的误差范围之内，能保证输送机在最安全稳定的方式下运行。输送机从开始运行至今已有3年时间，累计运煤大约500万吨，该系统为我矿的正常生产提供了可靠的保障。参考文献：[1]马洪礼，李永学，李志宏.CST可控传输系统应用.煤矿机电.[2]KJ50型PROMOS监控系统.天津贝克电气有限公司[3]CST通用用户手册.瑞恩/道奇2007作者简介：段瑞贺.助理工程师.毕业于东北电力大学电气工程及其自动化专业．现任鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿运转工区技术主管．