带式输送机安全制动系统的速度检测

摘　要：采用一种特殊的速度检测手段，对在软制动系统工作过程当中起决定作用的参数——速度信号进行实时采集，通过PLC并利用其内嵌的PID控制器，组成一闭环控制系统，来对带式输送机的制动过程进行控制，使皮带运行速度呈平滑曲线下降，直至停车，从而达到软制动的初衷，并收到了显著的效果。

关键词：软制动；速度检测；脉冲；闭环控制
1.引 文
  带式输送机的制动问题一直是该类输送机能否安全运行的一个主要问题，尤其是针对下运带式输送机，在其上设置制动装置除满足正常停车需要外，更重要的是在紧急刹车时起作用，以防飞车事故的发生。液压调速制动系统是将输送机制动减速时产生的惯性能转化为液体的压力能，然后将液压能再转化为油液的温升，经过冷却散发到周围空间，使皮带运行速度呈平滑曲线下降，直至停车，从而达到软制动的目的。它采用一闭环控制回路，由系统根据速度反馈信号自己判断输送机的运行状态并作出反应，自动调整制动力矩的大小。在整个制动过程中，对输送机的转速的检测精度有较高的要求，同时考虑到系统所工作的环境之恶劣，本文介绍了一种特殊的速度检测方法，多次实验研究结果表明该速度检测方法具有高的检测精度和可靠性。
2.速度检测反馈系统的工作原理
  利用可编程控制器（PLC）构成的速度检测反馈系统的结构框图如图1所示。该系统采用Siemens  S7-200系列PLC（CPU224）作为整个系统的控制器，将由测速传感器及后续电路处理后的信号，并通过高速计数器所采集的脉冲串的脉冲的个数，经过计数测频法（M法）所测得的反馈信号整定之后与经过整定后的给定速度信号，进行比较得到偏差信号e，再通过数字PID调节器得到所需输出值，然后经过D/A转化，将此值转化为与此对应的模拟量，来控制电磁比例节流阀的阀口开度，从而达到控制电机转速，以此来完成预期制动效果的目的。

                    图1  速度检测反馈系统结构框图
        Fig.1  Speed detection feedback system structure diagram

3.检测系统的组成及实现
3.1  速度传感器的组成及原理
  速度传感器采用磁感应式接近开关传感器，此传感器属于一种有开关量输出的位置型传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应槽时，使物体内部产生涡流，这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，在测量回转体的转速方面得到了广泛的应用。本系统采用德国图尔克公司（TURCK）生产的NAMUR系列磁感应传感器，其工作原理图如图2。


                    图2  速度传感器工作原理图
                  Fig2.  The speed sensor schematic

由于制动装置安装在输送机的高速轴上，所以在高速轴上连轴器出安装上多齿检测盘，并固定好转速传感器，使检测盘的各齿均能顺利通过感应磁槽，即可测量转速。传感器内部含有高频振荡电路以及整形检波电路和信号处理电路等调理电路，最后将信号转换为开关量输出。具有工作可靠性高，外围电路简单，输出量可与控制器直接匹配等特点。
3.2  转速测量的实现
　　　采用计数测频法（M法）来测量转速。计数测频法的测量原理：基于一定的时间T内，计量多齿检测盘通过接近开关的感应磁槽时所激发输出的脉冲数，从而得到与转速成正比的脉冲数m，若传感器一周输出p个脉冲，则转速n=60m/（pT），n的单位为r/min。在此系统中，当多齿检测盘每有一个齿经过感应磁槽一次，就触发高频振荡电路一次，经过后续调理电路就输出一个数字量“1”，PLC内部的高速计数器就累计一次。在PLC内部通过设置定时中断驱动高速计数器，在这个系统中，设置中断时间为T=100ms，高速计数器选择计数频率为f=30KHz，
多齿检测盘的齿数为Z=8，则传感器一周输出p=8个脉冲，经测量在给定的中断时间T内，对应最大转速nmax=1500r/min时的脉冲数m=20；另一方面，设输送机电机的最大转速所对应的PLC内整定后的满量程数字为bmax=32000，则当其正常转速n=900r/min时，对应PLC内整定后的满量程数字为b=19200，所以可以得出转速与PLC内部的数字的对应关系为：n=60b/1600（pT），则正常转速时对应的b=19200，此即整定后的给定信号。经过多次实验研究，发现该速度检测方法检测精度高，现场应用更可靠。

4.结束语
　　　本文着重介绍了带式输送机液压调速软制动系统速度检测的系统组成及原理，并分析了其实现的可行性。整个系统采用了Siemens S7-200 PLC作为系统的软硬件资源，速度检测采用本质安全型接近开关和多齿检测盘协同工作共同完成，其测速可靠性高，精度更准确。这种检测方法，在液压调速软制动系统中得到了广泛的应用，已经取得了很好的使用效果。
　　　
参考文献：
. 山东科技大学 2010
    Yue ch on the Soft-Start Device Based on Hydraulic Brake and  本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/259184.html