一种基于液力偶合器软启动装置的带式输送机多机平衡驱动系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于液力偶合器软启动装置的带式输送机多机平衡驱动系统及方法，本方案基于至少一个液力偶合器软启动装置和一PLC控制系统来实现，液力偶合器软启动装置驱动带式输送机的传动部件，而PLC控制系统通过主-从分布式结构控制连接液力偶合器软启动装置，并以多机功率平衡的控制模式选择控制任意的液力偶合器软启动装置，并保持功率平衡。本方案通过PLC控制系统采用“分布式主-从结构，速度开环-功率闭环控制”多机功率平衡方法，周期控制充、排液量，实现任何二驱、三驱等多组合驱动选择方式的功率平衡，对于实现福伊特偶合器软启动驱动带式输送机低速验带和可靠、经济运行具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及机械传动控制领域，尤其是一种带式输送机液力偶合器软启动的控制。

背景技术

液力偶合器是利用液体的动能而进行能量传递的一种液力传动装置，它以液体油作为工作介质，通过泵轮和涡轮将机械能和液体的动能相互转化，从而连接原动机与工作机械实现动力的传递。

福伊特偶合器以体积小、输出力矩大、可靠性高、维护量小等特点在带式输送机上有了大量的应用，控制核心有采用单片机的，也有采用PLC的，实现了福伊特偶合器的启停控制。

但是没有解决福伊特偶合器软启动装置驱动的带式输送机在启动过程中平稳运行和功率平衡，特别是输送机验带时带速要求在1m/s以下的，运行时间在1个小时以上，如果功率不平衡，偶合器油温上升速度很快，为了保护偶合器必须停机。

发明内容

针对现有福伊特偶合器软启动装置驱动带式输送机在启动过程中的功率不平衡且无法有效实现低速验带的问题，本发明目的在于提供一种能够实现带式输送机多机在启动过程中的平稳性和功率平衡性的驱动系统；在此基础上，本发明还提供一种实现带式输送机多机平稳运行和功率平衡的驱动方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于液力偶合器软启动装置的带式输送机多机平衡驱动系统，所述驱动系统包括：

至少一个液力偶合器软启动装置，所述液力偶合器软启动装置驱动带式输送机的传动部件；

PLC控制系统，所述PLC控制系统通过主-从分布式结构控制连接液力偶合器软启动装置，并以多机功率平衡的控制模式选择控制任意的液力偶合器软启动装置，并保持功率平衡。

优选的，所述液力偶合器软启动装置主要包括：电机、液力偶合器、减速器和电机起动器，所述电机的输出轴依次通过液力偶合器、减速器连接到待驱动部件；所述液力偶合器受控于PLC控制系统，所述电机起动器与电机连接，其内的功率变送器采集电机功率信号，并传至PLC控制系统。

优选的，所述液力偶合器为福伊特偶合器，充液泵运行，且通过进液阀和排液阀动作控制油量，进而调节转矩，其中的进液阀常闭设计，排液阀常开设计。

优选的，所述PLC控制系统包括一控制主站以及至少一个控制分站，每个控制分站对应的驱动控制一液力偶合器软启动装置，并进行数据采集；而控制主站控制连接每个控制分站，并与每个液力偶合器软启动装置中电机起动器内的功率变送器数据相接。

优选的，所述的控制主站与控制分站之间以速度、功率双环控制的多机功率平衡控制模式控制调节任意液力偶合器装置软启动驱动带式输送机，并实现功率平衡。

优选的，所述的多机功率平衡控制模式中采用速度环开环控制和速度环闭环控制的。

优选的，所述的控制主站主要由1756型PLC构成，控制分站主要由1794型PLC构成，控制主站与控制分站之间通过ControlNet现场总线数据相接。

基于上述的带式输送机多机驱动系统进行的带式输送机多机平衡驱动方法，该驱动方法利用主-从分布式结构PLC控制系统以多机功率平衡的控制模式选择控制任意的液力偶合器软启动装置，并保持功率平衡。

优选的，所述驱动方法由PLC控制系统中的控制主站根据选择启动的液力偶合器软启动装置，向对应的控制分站发送控制指令；

控制分站根据控制指令控制对应的液力偶合器软启动装置中液力偶合器的进液阀和排液阀动作，调节液力偶合器充、排液量，进而调节输出转矩、转速，实现输送机软启动；控制分站同时采集液力偶合器运行的数据，并反馈给控制主站；

控制主站直接采集选择启动的液力偶合器软启动装置中电机的功率信号，并结合控制分站反馈的数据，进行多机功率平衡控制。

优选的，所述控制主站中采用速度开环和功率环闭的双环控制模式来实现多机功率平衡控制。

本发明提供的基于液力偶合器软启动装置的带式输送机多机驱动方案，能够满足输送机启动平稳、功率平衡，满足低速验带1m/s(1小时)要求。

尤其是针对伸缩型输送机可以根据输送机功率要求投入驱动数量起到节能作用或者其中某一驱故障需要切除的时候，保证其中任何二驱、三驱、四驱等多组合驱动都可以功率平衡。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的系统结构框图；

图2为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的系统原理图；

图3为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的起车控制流程图1；

图4为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的起车控制流程图2；

图5为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的起车控制流程图3；

图6为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统的起车控制流程图4；

图7为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统正常停车的控制流程图；

图8为本发明实施例中带式输送机多机平衡驱动系统紧急停车的控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，所示为本实例中带式输送机多机平衡驱动系统的系统结构框图。该多机平衡驱动系统主要由PLC控制系统和若干的福伊特偶合器软启动装置配合构成。

具体的，本系统中的福伊特偶合器软启动装置100主要由电机101、福伊特偶合器102、减速器103、联轴器104相互配合构成。

其中，电机101上设置有电机起动器，其输出轴连接福伊特偶合器102输入轴，福伊特偶合器102输入轴旋转，泵轮带动油液旋转，机械能转换为液体动能，液体动能带动涡轮旋转，又转换成机械能输出，福伊特偶合器102输出轴连接减速器103输入轴，通过齿轮将力矩传递到输出轴，减速器103通过联轴器104连接到带式输送机中的驱动滚筒105，从而将力矩输出到滚筒。

福伊特偶合器102充液泵运行，且通过进液阀和排液阀动作控制油量，进而调节转矩。其进液阀常闭设计，得电动作打开进液；排液阀常开设计，得电动作不排液。

在这过程中，通过只能通过调节福伊特偶合器102泵轮和涡轮之间充液量大小来实现动力传递能力的大小，而调节福伊特偶合器102充液量通过PLC控制系统来实现。

本PLC控制系统为由1个控制主站200和多个控制分站300组成的主-从分布式结构控制连接的若干福伊特偶合器软启动装置100，并以多机功率平衡的控制模式选择控制任意的福伊特偶合器软启动装置100，并保持功率平衡。

其中，控制分站300作驱动部，以驱动控制福伊特偶合器102的进液阀和排液阀动作，同时采集福伊特偶合器102运行的相关数据(如油温、油压、输出轴转速、进液、排液等)。

控制分站300的数量与驱动部数量(即福伊特偶合器软启动装置100的数量)一致，安装位置在驱动部(即福伊特偶合器软启动装置100)旁边。

控制主站200作为整个带式输送机控制中心和数据计算中心，其控制连接每个控制分站300，并与每个福伊特偶合器软启动装置100中电机101上配置的电机起动器内的功率变送器106(参见图2)数据相接。

控制主站200根据控制分站300采集反馈的数据，计算得到福伊特偶合器软启动装置100的输出速度信号；同时通过功率变送器采集对应电机运行的信息，根据功率变送器输出的4-20mA电流信号计算获得电机的功率信号；并据此形成速度、功率双环控制模式，以此来控制福伊特偶合器进液阀和排液阀动作，调节福伊特偶合器充、排液量，进而调节输出转矩、转速，实现输送机软启动；且针对任意二驱、三驱、四驱等多组合的驱动方式(选择驱动任意数量的福伊特偶合器软启动装置100)能够保证电机功率平衡，速度同步。

进一步的，该功率平衡方法中具体采用速度环开环控制，功率环闭环控制，从而保证可以任意选择驱动和驱动数量，均可实现功率平衡，且满足输送机低速验带1m/s(1小时)运行要求。

基于上述方案，本平衡驱动系统在具体实现时，如图2所示，控制主站200采用AB公司1756系列PLC模块；控制分站300采用AB公司1794系列远程I/O模块；控制主站200和控制分站300之间采用ControlNet现场总线400数据相接，实现通过ContronNet网络通信连接。

控制主站200控制核心主要由1756CPU(201)、1756DI模块203、1756DO模块204、1756AI模块205、以太网通信模块206以及ControlNet通信模块202组成。1756CPU(201)是整个系统的数据和控制中心，带式输送机其它信号或者受控设备可以通过控制主站200中的1756CPU(201)完成；ControlNet通信模块202用于连接ControlNet现场总线400，此外，该系统还可通过以太网通信模块206接入厂矿集控系统以太网络中500；而福伊特偶合器软启动装置100中电机开关内部功率变送器106输出4-20mA电流信号接入到1756AI模块205上，供1756CPU(201)作功率平衡用。

对应的控制分站300主要由1794系列模块和中间继电器305组成，1794系列模块有1794通信模块301、1794DI模块302、1794DO模块303、1794AI模块304。

由此，该控制分站300控制连接福伊特偶合器软启动装置100中的福伊特偶合器102，具体通过中间继电器305控制福伊特偶合器102中的偶合器进液阀和排液阀，调节福伊特偶合器102充、排液量，并同时采集调节福伊特偶合器102运行的相关信号：油温信号110、油压信号111、输出轴转速脉冲信号112、进液阀动作信号113和排液阀动作信号114。

其中由1794DI模块302采集进液阀动作信号113和排液阀动作信号114；通过1794AI模块304采集驱动部温度，如油温信号110、油压信号111；同时通过接近开关检测输出轴转速脉冲信号112。

据此构成的PLC控制系统中，控制主站200与控制分站300通过ControlNet现场总线400通信，实现数据交换。

控制主站200发出充、排液命令，由ControlNet通信模块202发送到ControlNet网络上400上；控制分站300通过1794通信模块301从ControlNet网络上400接收到此命令，通过1794DO模块303输出控制信号，通过中间继电器305控制偶合器进液阀和排液阀，进液阀和排液阀动作后返回动作信号113、114给1794DI模块302；控制分站300把此信号返送回控制主站200，即控制分站300采集到的数据通过1794通信模块301发送到ControlNet网络上400上，控制主站200通过ControlNet通信模块302接收。

再者，每次驱动开车前必须先检测油温110和油压111，油温110低于60度才允许起车；油压111必须保证充液泵启动，起到润滑和冷却作用。输出轴转速脉冲信号112通过接近开关检测的脉冲信号，根据转速和线速度的关系，计算出滚筒线速度，保证滚筒线速度和带速之差在一定范围内，否则容易出现“打滑”现象。

参见图3-8，其所示为基于上述的多机平衡驱动系统来驱动带式输送机的流程图。

整个过程分为起车、停车两个过程。停车又要分为正常停车和紧急停车两种情况。

参见图3-7，其所示为本带式输送机多机平衡驱动系统的起车控制流程。

起车时首先需要检查控制主站和控制从站内部和外部故障情况，没有故障就可以开始启动附属小电机，包括偶合器充液泵、偶合器冷却风扇、电机冷却风扇，其中偶合器充液泵必须启动，通过油压检测，起到偶合器润滑和冷却作用。然后松开制动闸，电机依次间隔3-6S启动，此时偶合器没有输出力矩，驱动滚筒保持静止。

接下来通过控制充排液阀调节油液量，实现输送机软启动和功率平衡，依次完成空载检测过程、预张紧过程、拖动过程、加速过程直到启动完成。功率平衡在预张紧过程开始到启动完成投入，电机功率信号作为输入量，进、排液阀动作作为输出量。

接着，求取电机功率信号平均值P^，Pmax＝1.05*P^,Pmin＝0.95*P^,各电机功率值和Pmax、Pmin比较，如果大于Pmax，排液阀开，进液阀关；如果小于Pmin，进液阀开，排液阀关；如果在Pmax和Pmin之间，进液阀和排液阀都关。功率平衡以时间T为一个周期，进液阀、排液阀动作时间t1(t1<T)。

参见图7和图8，其所示为本带式输送机多机平衡驱动系统进行正常停车和紧急停车的流程。

正常停车保持电机动力30S，偶合器排液不充液，当带速低于0.2m/s时抱闸制动。

紧急停车切掉电机动力后抱闸，停车后偶合器充液泵和冷却风扇继续运行60S以上，起润滑和冷却作用。

由上可知，本实例提供的带式输送机多机平衡驱动方案，可以满足输送机启动平稳、功率平衡，满足验带要求，尤其是伸缩型输送机根据输送机功率要求投入驱动数量起到节能作用或者其中某一驱故障需要切除的时候，保证其中任何二驱、三驱、四驱都可以功率平衡。

其中，具体采用速度环开环控制，功率环闭环控制实现多机功率平衡，可以任意选择驱动和驱动数量，均可实现功率平衡，且满足输送机低速验带1m/s(1小时)运行要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。