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【摘要】目前为响应国家创建能源节约型社会的要求，在煤炭生产中设计长距离胶带机已成为趋势。但当距离过长或坡度过大时，胶带机的动态特性使其控制难度递增，为降低带强多点驱动则成为必然的选择。本文就陕西黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机采用头部3台CST加中部2台CST控制的一些技术问题加以探讨，总结了长距离胶带机的控制过程中成熟应用的相关技术。
【关键词】长距离带机；CST，DH+网络；多点驱动；张力控制
前言
针对我国煤炭能源节约的需求，设计长距离胶带机已成为趋势。黄陵二号煤矿总结长期在胶带机中积累的经验，与道奇公司（Dodge）共同探讨，研究设计出适合长距离胶带机控制的方案，在黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机中成功应用，大大的提高了矿井的经济效益。
黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机设计长度4700米，配置一部DSJ140/250/3×560+2×560型可伸缩胶带机，通过CST多点驱动控制。多点驱动是指一条胶带机存在头部、中部或中部有两个或两个以上驱动点的驱动方式。利用CST（可控起动传输装置）在国内外已经有过成功的应用先例，但控制长距离胶带机，对于黄陵二矿来说还无先例。
1.胶带机多点驱动工作原理
1.1 多点驱动控制工作原理 CST是由美国道奇公司生产的可控启动传输装置，它是集机电液控为一体的产品，运用在电机驱动的动力系统中，通过控制其输出轴的转速和扭矩来实现大惯性负载的平滑启制动，而多点驱动控制是根据胶带机各个驱动点的控制方式的不同、受力的不同，及启动和运行时所需要的转矩和动作时间的不同，来实现平衡胶带机的多点受力。
1.2 头部控制工作原理 头部驱动方式为“速度+功率平衡”控制：即CST1设为主驱为速度闭环控制，CST的功率输出随速度的变化而变化：起动时保证运行曲线，运行时保证额定速度；从驱CST2和CST3为功率平衡闭环控制，它们的输出功率始终跟踪主驱（CST1）的功率值，并与其保持一致，随负载的变化而变化。
图1：头部CST控制工作原理图
1.3 中部控制工作原理 中部驱动方式为张力控制：中部驱动站实际是一个助力站，当头部拉不动或负荷较大时，则需要中部部驱动帮助推动。实际操作需测量中部驱动点的胶带张力，时刻和胶带机在这点的设定张力（通过动、静态分析计算获得）相比较，当实际张力大于设定张力时，说明头部负荷较大，需要助动力；而当实际张力小于设定张力时，说明助力过大应该减少助动力。因此，CST4 设为主驱为张力闭环控制，保证带机在助力点的正常张力。本项目中CST5作为备用设备，如果投运，则作为中部驱动的从驱，把CST4的功率值作为设定值赋给CST5的功率值，使其自动调节离合压力，保证功率值跟随CST4。
图2：中部CST控制工作原理图
1.4 DH+网络通讯结构性能 胶带机长度近4700米，头部和中部的控制系统通讯联络采用光DH+网络通讯控制电缆主干网络。
图3：胶带机控制网络结构性能图
1.5 多点驱动控制特点
1.5.1软连接、可控软起动，无级调速
1.5.2平衡功率，延长使用寿命
1.5.3实现主电机空载起动，降低起动电流
1.5.4集机电控于一体，智能故障自诊断功能
1.5.5控制系统开放，实现自动化系统
2.多点驱动控制设计方案
根据胶带机各个驱动点的控制方式的不同、受力的不同，黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机设计长度为4700米，采用PVG2000阻燃胶带，每小时设计输送量为2500吨，带速为每秒4米。采用头部3台CST（630KS）驱动控制，其特征是速度+功率平衡；中部2台CST（630KS）驱动控制，其特征是张力控制及助力站。通过头部的3台CST（630KS）和中部2台CST（630KS）驱动控制方式，5台电机功率均为630KW.为目前黄陵矿业公司最长的带式输送机。
图4： 胶带机多点驱动设计图
3.胶带机运行状况
胶带机安装调试完成后，正常运行性能良好。CST空载运行曲线如图5，重载运行曲线如图6。
图中红色为主电机功率，1至4号电机按线形的由细到粗区分。
蓝色为CST输出轴速度（即胶带机速度）给定理想曲线。
绿色为CST输出轴实际速度曲线，1至4号CST按线形的由细到粗区分。
粉红色为CST离合器压力，1至4号CST按线形的由细到粗区分。
黑色为胶带机中部定张力值，启动时为210KN，运行时为185KN。
黄色为胶带机中部实际运行测量张力值。
图5：胶带机空载启动运行图
图6：胶带机重载启动运行图
由实际运行曲线可见，胶带机启动时，加速平稳，和理想的曲线基本吻合。其中，加速时间设定为150秒。
4.长距离胶带机多点驱动设计结论
4.1长距离胶带机多点驱动技术要求
4.1.1所有电机能够空载起动；
4.1.2负载变化（即速度和张力变化）时能够及时响应；
4.1.3功率平衡控制；
4.1.4各个驱动点的驱动力能够协调配合；
CST驱动除能满足以上要求外，其独特的离合器设计也能够满足助力站根据胶带张力变化0～100%出力的要求。并且CST控制器能够根据设计要求方便的对电机的最大出力，以及胶带张力的过大过小进行限制，当超出设定限制值时，可以输出信号停止给料或直接停止胶带机。
4.2作为长距离多点驱动胶带机，整条胶带机的张力控制是非常重要的，中部的张力测量则是关键。
关于张力传感器的一些需要重点关注事项介绍如下：
4.2.1转载单元的张力测定应该安装两个张力元件。原因很明显，单边受力不均，不能准确反应实际滚筒的受力。
4.2.2张力元件是精密传感器容易受到大电流的冲击而损坏，比如附近电焊时产生的冲击电流。两个张力元件，取平均信号值。跨接铜条保护，其两侧应跨接短路铜条，以防止意外冲击电流通过损坏张力元件。
4.2.3安装时必须保证设计的偏转角，否则张力的计算将不会准确。
4.2.4测量装置的固定应为铰接形式。
4.2.5张力元件安装底座平坦，固定镙栓大小合适。
4.2.6传感器受力点正确。
4.2.7张力元件专用供电电源保证精确的供电电压。
异常变化的胶带张力对系统的危害是很大的，会影响到胶带机的寿命。绞车、机架、滚筒、轴承、托辊、启动器、胶带、接头等等，整个胶带机系统的所有机械部件都有可能因此而出现大量问题，引发大量的维护维修工作，最后形成“胶带机质量不好”的观念，但实际上是由于不恰当的张力控制造成的，而张力控制的关键则在于准确的张力信号。本胶带机张力元件安装如图7。
图7：胶带机中部张力元件安装图
5.结束语
黄陵二号煤矿精心组织，合理安排，205长距离工作面顺槽胶带机自投入以来，各项参数比较平稳，成功的实现了长距离胶带输送机多点驱动控制，为黄陵矿业公司煤炭产能的稳步提升打下了坚实的基础。
参考文献
[1]CST机械系统说明书.
[2]CST控制系统说明书.
[3]运输机械设计手册.
作者简介
杨波，男，1983.12，陕西洋县人，本科，工程师，陕西黄陵二号煤矿机电部副部长
肖大军，男，1983.4，四川仪陇人，本科，工程师，陕西黄陵二号煤矿机电队队长
【关键词】长距离带机；CST，DH+网络；多点驱动；张力控制
前言
针对我国煤炭能源节约的需求，设计长距离胶带机已成为趋势。黄陵二号煤矿总结长期在胶带机中积累的经验，与道奇公司（Dodge）共同探讨，研究设计出适合长距离胶带机控制的方案，在黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机中成功应用，大大的提高了矿井的经济效益。
黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机设计长度4700米，配置一部DSJ140/250/3×560+2×560型可伸缩胶带机，通过CST多点驱动控制。多点驱动是指一条胶带机存在头部、中部或中部有两个或两个以上驱动点的驱动方式。利用CST（可控起动传输装置）在国内外已经有过成功的应用先例，但控制长距离胶带机，对于黄陵二矿来说还无先例。
1.胶带机多点驱动工作原理
1.1 多点驱动控制工作原理 CST是由美国道奇公司生产的可控启动传输装置，它是集机电液控为一体的产品，运用在电机驱动的动力系统中，通过控制其输出轴的转速和扭矩来实现大惯性负载的平滑启制动，而多点驱动控制是根据胶带机各个驱动点的控制方式的不同、受力的不同，及启动和运行时所需要的转矩和动作时间的不同，来实现平衡胶带机的多点受力。
1.2 头部控制工作原理 头部驱动方式为“速度+功率平衡”控制：即CST1设为主驱为速度闭环控制，CST的功率输出随速度的变化而变化：起动时保证运行曲线，运行时保证额定速度；从驱CST2和CST3为功率平衡闭环控制，它们的输出功率始终跟踪主驱（CST1）的功率值，并与其保持一致，随负载的变化而变化。
图1：头部CST控制工作原理图
1.3 中部控制工作原理 中部驱动方式为张力控制：中部驱动站实际是一个助力站，当头部拉不动或负荷较大时，则需要中部部驱动帮助推动。实际操作需测量中部驱动点的胶带张力，时刻和胶带机在这点的设定张力（通过动、静态分析计算获得）相比较，当实际张力大于设定张力时，说明头部负荷较大，需要助动力；而当实际张力小于设定张力时，说明助力过大应该减少助动力。因此，CST4 设为主驱为张力闭环控制，保证带机在助力点的正常张力。本项目中CST5作为备用设备，如果投运，则作为中部驱动的从驱，把CST4的功率值作为设定值赋给CST5的功率值，使其自动调节离合压力，保证功率值跟随CST4。
图2：中部CST控制工作原理图
1.4 DH+网络通讯结构性能 胶带机长度近4700米，头部和中部的控制系统通讯联络采用光DH+网络通讯控制电缆主干网络。
图3：胶带机控制网络结构性能图
1.5 多点驱动控制特点
1.5.1软连接、可控软起动，无级调速
1.5.2平衡功率，延长使用寿命
1.5.3实现主电机空载起动，降低起动电流
1.5.4集机电控于一体，智能故障自诊断功能
1.5.5控制系统开放，实现自动化系统
2.多点驱动控制设计方案
根据胶带机各个驱动点的控制方式的不同、受力的不同，黄陵二号煤矿205工作面顺槽胶带机设计长度为4700米，采用PVG2000阻燃胶带，每小时设计输送量为2500吨，带速为每秒4米。采用头部3台CST（630KS）驱动控制，其特征是速度+功率平衡；中部2台CST（630KS）驱动控制，其特征是张力控制及助力站。通过头部的3台CST（630KS）和中部2台CST（630KS）驱动控制方式，5台电机功率均为630KW.为目前黄陵矿业公司最长的带式输送机。
图4： 胶带机多点驱动设计图
3.胶带机运行状况
胶带机安装调试完成后，正常运行性能良好。CST空载运行曲线如图5，重载运行曲线如图6。
图中红色为主电机功率，1至4号电机按线形的由细到粗区分。
蓝色为CST输出轴速度（即胶带机速度）给定理想曲线。
绿色为CST输出轴实际速度曲线，1至4号CST按线形的由细到粗区分。
粉红色为CST离合器压力，1至4号CST按线形的由细到粗区分。
黑色为胶带机中部定张力值，启动时为210KN，运行时为185KN。
黄色为胶带机中部实际运行测量张力值。
图5：胶带机空载启动运行图
图6：胶带机重载启动运行图
由实际运行曲线可见，胶带机启动时，加速平稳，和理想的曲线基本吻合。其中，加速时间设定为150秒。
4.长距离胶带机多点驱动设计结论
4.1长距离胶带机多点驱动技术要求
4.1.1所有电机能够空载起动；
4.1.2负载变化（即速度和张力变化）时能够及时响应；
4.1.3功率平衡控制；
4.1.4各个驱动点的驱动力能够协调配合；
CST驱动除能满足以上要求外，其独特的离合器设计也能够满足助力站根据胶带张力变化0～100%出力的要求。并且CST控制器能够根据设计要求方便的对电机的最大出力，以及胶带张力的过大过小进行限制，当超出设定限制值时，可以输出信号停止给料或直接停止胶带机。
4.2作为长距离多点驱动胶带机，整条胶带机的张力控制是非常重要的，中部的张力测量则是关键。
关于张力传感器的一些需要重点关注事项介绍如下：
4.2.1转载单元的张力测定应该安装两个张力元件。原因很明显，单边受力不均，不能准确反应实际滚筒的受力。
4.2.2张力元件是精密传感器容易受到大电流的冲击而损坏，比如附近电焊时产生的冲击电流。两个张力元件，取平均信号值。跨接铜条保护，其两侧应跨接短路铜条，以防止意外冲击电流通过损坏张力元件。
4.2.3安装时必须保证设计的偏转角，否则张力的计算将不会准确。
4.2.4测量装置的固定应为铰接形式。
4.2.5张力元件安装底座平坦，固定镙栓大小合适。
4.2.6传感器受力点正确。
4.2.7张力元件专用供电电源保证精确的供电电压。
异常变化的胶带张力对系统的危害是很大的，会影响到胶带机的寿命。绞车、机架、滚筒、轴承、托辊、启动器、胶带、接头等等，整个胶带机系统的所有机械部件都有可能因此而出现大量问题，引发大量的维护维修工作，最后形成“胶带机质量不好”的观念，但实际上是由于不恰当的张力控制造成的，而张力控制的关键则在于准确的张力信号。本胶带机张力元件安装如图7。
图7：胶带机中部张力元件安装图
5.结束语
黄陵二号煤矿精心组织，合理安排，205长距离工作面顺槽胶带机自投入以来，各项参数比较平稳，成功的实现了长距离胶带输送机多点驱动控制，为黄陵矿业公司煤炭产能的稳步提升打下了坚实的基础。
参考文献
[1]CST机械系统说明书.
[2]CST控制系统说明书.
[3]运输机械设计手册.
作者简介
杨波，男，1983.12，陕西洋县人，本科，工程师，陕西黄陵二号煤矿机电部副部长
肖大军，男，1983.4，四川仪陇人，本科，工程师，陕西黄陵二号煤矿机电队队长