CST可控传输系统在长运距带式输送机的应用_木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源

寺河矿是年产量800万t的特大型矿井，目前有3条皮带输送机采用CST可控传输软启动系统，大巷输送机全长6757m，采用3台800kW主电机驱动，运输能力2500t/h。胶带满速为4m/s。
    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，天津贝克公司的本布罗监控系统( PROMOS)，澳大利亚ACE公司的APW自动张紧绞车系统。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。本布罗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200m有一部扩音电话，用于沿线通讯；自动张紧系统主要是由PLC通过张力传感器测量出输送带张力信号并与设定的张力值进行比较，并随时调整，从而达到恒定张力运行，与输送带载荷变化无关。
1、PROMOS监控系统
    PROMOS监控系统是一种适用于各种控制任务的通用形、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危险的环境。该系统具有较强的适用性和可扩展性，可以组成不同的控制模块，其逻辑控制方式可通过软件编程来实现。系统采用语音通讯并有特定的安全保护回路与控制回路相连使用。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后张紧系统运行，当系统收到“张力正常”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，但主电机不停机，故障解除后，通过控制器“启动”开关重新启动CST，这样可防止主电机频繁启动。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，皮带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
    可控启动传输系统是由多级齿轮减速器、湿式离合器及液压控制系统组成。它是为运送大惯性载荷如：煤炭或金属矿石等的长距离带式输送机而设计的。CST的输出扭矩由液压控制系统控制。
    一台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。驱动电机时，CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到全转速时输送机才逐渐加速到满速度。这使得输送机在被加速至全速运行前有一个平缓启动的过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。CST系统控制主电机的起停，在启动时，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启动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机；在停车时，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。
    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。胶带正常运行时，根据系统中各csrr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，任何瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这时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，从而延长其寿命。
    CST系统可使驱动装置具有较高的传动效率，启动和运转中具有可靠的过载保护能力，具有较好的可控性，控制启动、停车时的速度和加减速度，可实现每台电机功率平衡误差<±2%，可避免电机过载。系统中，CST减速器是传动部分，包括一级减速齿轮，行星轮系和可控的湿式离合器；CST电液控制组件是控制部分，其控制元件是电液控制器。电动机通过联轴器带动轴转动，经齿轮传到行星轮系，由太阳轮驱动3个行星轮，行星轮自转并带动自由旋转的内齿圈，因输出轴与行星架为一体，因此输出轴并不转动。当压力控制阀增加油缸压力时，离合器的主动摩擦片和与内齿圈相联的从动摩擦片相互作用，其结果使内齿圈受到力矩作用，转速受到控制，同时行星轮在内齿圈上滚动，并驱动输出轴转动。
    平衍轴式CST含有两级减速齿轮，第一级减速装置为螺旋齿轮装置，第二级减速装置为行星齿轮装置。直角方式的CST含有三级减速齿轮，第一级为直角螺旋斜齿轮装置，其他两级齿轮与平行轴式CST装置相同。当电机达到全速运转时，太阳轮带动3个行星轮转动；行星轮带动自由旋转齿圈转动；固定在行星齿轮架上的输出轴，此时不转动。当液压系统向环形活塞加压时，离合器的旋转板和静止板相互作用，使加在齿圈上的力矩逐渐增加，当齿圈的转速以控制速率降低时，行星齿轮架由行星轮及内齿圈带动开始转动，输出轴的转速与齿圈的转速成反比。
    反应盘系统是一个湿式离合器力矩传递的系统，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，旋转板和静止板在其自由旋转的齿条上旋转并互相靠近。当活塞的压力使旋转板和静止板接近时，静止板将使旋转板和齿圈的转速降低，由于齿圈的速度降低，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。
    (1)基本控制信号
    1)冷却油压力传感器或压力开关，用于保证系统工作时有足够的冷却油流量。
    2)润滑压力传感器或压力开关，用于保证系统中的轴承有足够的润滑压力。
    3)油温传感器，用于监测油箱中的油温，以供热交换器冷却及超温报警。
    4)速度传感器，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胶带的速度。
    5)压力传感器，用于监测施加到离合器上的压力，以便对胶带速度进行监测和控制。
    6)胶带打滑传感器，光电编码器安装在胶带滚筒轴上或滚轮式传感器装于胶带底部，用于测量胶带速度，通过比较胶带速度与CST输出轴的速度来检测皮带打滑。
    7)功率信号传感器，可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停止，状态1启动，状态2预压，状态3缓冲，状态4加速，状态5满速，状态6减速。停止阶段：CST离合器上的压力保持为零。但所有安全保护传感器的信号均在监测之中。
    启动：在所有驱动电机空载起动运行后，CST接到运行信号并判断CST没有故障后，开始起动输送机。
    预压：在松闸之前先给离合器上建立一定的压力，防止皮带倒转。
    缓冲：在检测到最小速度时，例如10%速度，开始一段缓冲过程，使整条皮带在低速下均匀运行一段时间。
    加速：在胶带均匀运转后，开始按照内部设定的速度曲线进行加速，直到达到满速。
    满速：给用户输出达到满速信号，并保持此速度直到接收到停车信号。
    减速：在接收到停车信号后开始按照内部设定曲线减速，直到输送机完全停止。
    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程序来控制皮带机启动的速度曲线，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1所示：
b．可控停车和可控起动一样，CST也可以控制皮带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40～300 s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。长时间慢动运行，会使CST油温上升过快，当超过限定温度时，CST会自动停机。
    e．操作参数
    以下参数可以由用户操作员自己通过PanelView显示屏进行设定，见表1。
    3) PID控制
    大多数大型皮带机使用多个驱动系统，在皮带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皮带机上所有部件的负载和应力最小。对于使用超过一台CST驱动器的皮带机系统，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、张紧系统
    张紧系统的作用是保证输送带具有足够的张力，使滚筒与输送带间产生必要的摩擦力避免出现打滑现象，另一个作用是限制输送带在各支撑托辊组间的下垂度，使输送机能正常工作。张紧装置除拉紧座及滑轮外均为引进澳大利亚ACE公司的APW自动张紧绞车，使用中由其PLC通过张力传感器测量输送带张力信号并与设定的张力值进行比较，并随时调整，从而达到恒定的张力运行，与输送带载荷变化无关。
    自动张紧绞车在其PLC程序里，根据ACE公司对该机的动态设计获得有关数据对采用自动方式运行时的启动、运行及紧急停车时的最大张力均已设定理想值。其工作原理如下：当开动绞车电动机后通过离合器的啮合而带动卷筒转动，当张力值小于设定张力时，卷筒将顺时针方向旋转缠绕钢丝绳从而带动拉紧小车向尾部行走达到设定值后，离合器脱开而制动器紧缩，从而使拉紧车保持不动。当张力值大于设定张力值时，其绞车卷筒将在输送带张力作用下自动放出输送带（此时制动器将自行打开，离合器啮合）从而完成一系列的张紧动作，这些工作的完成是由其张力传感器将测得的张力信号反馈给PLC控制系统实现并完成的。
4、应用情况
    对于长距离胶带输送机，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。
    目前，寺河矿东大巷输送机从开始运行至今已有3年时间，累计运煤大约1000万t，该系统为我矿的正常生产提供了可靠的保障。

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