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)

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。