２０１１年第２期 煤矿机 电 ・９１・ 基于ＰＬＣ的可控起动传输装置ＣＳＴ控制算法 何鸿志 （宝鸡秦源煤业有限公司，陕西宝鸡７２１２０２） 摘要： 可控起动传输（ＣＳＴ）装置采用ＰＬＣ控制，并采用串级调节速度控制，使实际运行速度跟 踪理想给定速度曲线，保证了带式输送机多台驱动电机的输出功率达到平衡。 关键词： 带式输送机；可控起动传输（ＣＳＴ）；控制算法 中图分类号：ＴＨ２２２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－０８７４（２０１１）０２－００９１—０３ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｏｆ ＣＳＴ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｓｔａｒｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）Ｓｅｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ＨＥ Ｈｏｎｇ—ｚｈｉ （Ｑｉｎｙｕａｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｊｉ ７２１２０２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： ＣＳＴ ｓｅｔ ｕｓｉｎｇ ｃａｓｃａｄｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），ｆｏｒｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｔｏ ｆｏｌｌｏｗ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｓｐｅｅｄ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｍｏｔｏｒ’Ｓ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｂｅｌｔ ｃｏｎｖｅｙｏｒ；ＣＳＴ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｓｔａｒｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）；ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ １概述 毁，电网电压不因大电流而过分降低，要求电动机的 起动过程不超过３～５ Ｓ。为了缓解上述矛盾，常采 用软起动装置。 美国罗克韦尔公司生产的ＣＳＴ装置，具有软启 输送带是一种粘弹性体，在输送机起动（制动） 阶段，驱动装置施加到输送带上的牵引力（制动力） 及惯性力将在带内传播、叠加、反射，引起输送带的 应力变化。若其瞬时峰值应力超过允许值，将会损 伤甚至破断输送带。这就要求起动（制动）加速度 尽量小，以降低这类冲击。现代带式输送机的起动 加速度要求控制在０．１～０．３ ｍ／ｓ 之间。带式输送 机的负载比较稳定，而电动机的起动特性往往与之 不相适应。要保证电动机不因电流冲击过热而烧 动和停车、软联结、过载、自诊断、输送带打滑监控等 控制和保护功能，是带式输送机的核心装置。本文 以ＣＳＴ传动的带式输送机起动速度为控制对象，讨 论起动速度控制算法的改良和消除执行机构线性误 差对功率平衡的影响问题，确保多点驱动带式输送 机能够在功率严格平衡的前提下起动。 小波变换作为一种时频分析方法，它在时频两 域都具有表征信号局部特征的能力，特别适宜于非 平稳信号的处理，从而为最终实现电动机在线故障 诊断系统及电机参量的精确测试提供了良好的技术 支持。 参考文献： 线检测方法［Ｊ］．华北电力大学学报，２０００（１２）． ［４］刘进明，应怀樵．ＦＦｒ谱连续细化分析的傅里叶变换法［Ｊ］．振 动工程学报，１９９５（６）． ［５］ 王鹏飞，侯新国，夏立．基于定子电流矢量变换的感应电机故 障诊断［Ｊ］．有色设备，２００３（２）． ［６］ 王芳，鲁顺昌．基于小波包分析的电机故障检测［Ｊ］．电机与 控制应用，２００８（７）． ［７］董长虹．ＭＡＴＬＡＢ小波分析工具箱原理与应用［Ｍ］．北京：国 防工业出版社，２００５． ［１］姜建国．故障诊断学及其在电工中的应用［Ｍ］．北京：科学出 版社，１９９５． ［２］ 刘振兴，张哲，尹项根．异步电动机的状态监测与故障诊断技 术综述［Ｊ］．武汉科技大学学报（自然科学版），２００１（９）． ［３］许伯强，李和明，孙丽玲，等．笼型异步电动机转子断条综合在 作者简介：文 艳（１９６０一），女，中级实验师。长期从事实验教学和科 研工作。 （收稿日期：２００９—１１—０３；责任编辑：陶驰东） ・９２・ 煤矿机 电 ２０１１年第２期 ２ ＣＳＴ工作原理 片和静止片，靠油缸推动的环形活塞及一套释放离 合器的弹簧机构，控制离合器的开合。当对活塞施 压时，离合器片闭合，使输出轴转动，并在预定的控 可控起动传输（ＣＳＴ）是多级齿轮减速装置，能 保证大惯性负载平滑起动，多用于矿山带式输送机 的驱动。ＣＳＴ的主要结构（图１）包括减速齿轮箱、 润滑油冷却系统、液压系统和基于可编程控制器 （ＰＬＣ）的控制装置。 ＣＳＴ齿轮箱输出轴侧的湿式离合器系统，使电 动机能够空载启动。离合器系统包括一套旋转摩擦 制时间内逐渐加速到驱动速度。油泵使油液经过摩 擦片之间，并通过热交换器循环冷却。齿轮箱上装 有驱动控制和反馈装置，包含一个液压阀块、比例 阀、调压阀、过滤器、压力表和传感器等，通过硬接线 或数据网络由ＰＬＣ构成ＣＳＴ控制器连线。 合器 散热器 图１ ＣＳＴ系统的主要结构和工作原理 ３ ＣＳＴ控制算法和实际运行情况¨ （１）控制算法 目前ＣＳＴ采用的控制算法，以皮带速度和电机 功率为控制参数，以各ＣＳＴ的离合器压力（即ＣＳＴ 输出力矩）为被控参数，在保证皮带实际运行速度 跟踪理想给定速度曲线的前提下，保证各电机的输 出功率（即ＣＳＴ输出力矩）尽可能平衡，其中速度控 制采用串级调节，功率平衡控制采用ＰＩＤ调节。４× ＣＳＴ控制原理图如图２所示。 （２）运行操作与控制过程 多数超长带式输送机采用多级驱动方式，要求 平衡分配驱动装置之间的负载。通过在多级驱动系 统中配置主驱和从驱嵌套ＰＩＤ控制的方式可实现负 载的平衡分配。主驱和从驱的配置取决于齿轮减速 图２ ４×ＣＳＴ控制原理图 比和滚筒的直径大小。为了达到良好的负载平衡控 ２０１１年第２期 煤矿机 电 ・９３・ 制特性，推荐使用从驱滚筒直径比主驱大。任何情 况下，从驱将跟随主驱自动调整状态，在不同的负荷 下均能保持一致的输出功率。在典型的４×ＣＳＴ驱 段开始，允许离合器压力由０开始增长，在这一阶 段，速度ＰＩＤ控制器清零不动作，处于手动方式；各 ＣＳＴ处于压力调节状态，其压力ＰＩＤ控制器处于前 动控制中，处于尾部的操作员在确认输送机安全自 锁状态后向ＣＳＴ控制箱发出输送机运行信号： 状态一０：待机状态 ＣＳＴ控制系统在检测到设备状态完备后发出 “备车”信号，操作员可起动带式输送机。 状态一１：起动状态 在操作员发出带式输送机“起动”信号后，ＰＬＣ 中的控制程序将起动冷却泵和主电机。多机系统 中，主电机起动问隔为５ ｓ以避开起动电流冲击。 离合器压力将预压至１０％，保证冷却油预先充满离 合器摩擦片间隙。 状态一２：预压状态 在离合器摩擦盘预压结束后，速度和功率ＰＩＤ 闭环调节模块将切换到“自动／前馈”模式。逐渐增 加各台ＣＳＴ压力ＰＩＤ闭环调节模块的输入设定，直 至检测到输送机起动为止。 状态一３：闭合状态 在检测到皮带速度＞３％时，输送机ＣＳＴ进入 闭合状态。保证所有装置能同速运行，速度ＰＩＤ设 定逐渐上升，而功率ＰＩＤ模块处于功率平衡控制模 式，利用缓冲特性提升起动速度。缓冲速度将保持 在５％左右。缓冲时间可在５～２０ Ｓ之间调整。 状态一４：加速状态 缓冲结束后，速度ＰＩＤ设定将按预设的“Ｓ”曲 线上升至满速。加速时问可在３０～３００ Ｓ之间进行 调整。 状态一５：满速状态 在检测到皮带速度＞９５％时，系统进人满速运 行状态，用户可起动加料设备。速度设定一般保持 在９８％或１００％。主驱运行在恒速闭环控制模式 上，而从驱处于功率平衡控制状态。运行期间，功率 控制都应控制在±２％的误差范围内。 状态一６：减速状态 正常运行期间，发生任何ＣＳＴ故障或用户发出 停机指令，系统进入减速运行状态。输送机按设定 曲线停机，停机时间不小于自然停车时间，可按需要 调整。当速度＜５％时，减速状态结束。 （３）运行曲线 根据输送机的运行特点和要求，实际运行曲线 是理想起动曲线和手动控制曲线的结合。从预压阶 馈手动方式；从闭合阶段开始，速度ＰＩＤ控制器处于 手动方式，但速度给定按照理想给定速度曲线进行 计算，各ＣＳＴ仍处于压力调节状态，其压力ＰＩＤ控 制器也仍处于前馈手动方式；当闭合阶段结束，进入 加速阶段乃至满速及减速阶段，所有ＰＩＤ控制器处 于自动方式，按照理想给定速度曲线对输送带速度 进行控制。只要ＣＳＴ的投运台数大于１，则其中１ 台作为速度主控，其ＰＩＤ控制器作为输送带速度控 制环的内环，其给定信号为速度ＰＩＤ控制器的输出， 反馈信号为本台ＣＳＴ的离合器压力信号，同时，其 它各台ＣＳＴ的ＰＩＤ控制器均处于功率调节状态。 它们的给定信号均为速度主控ＣＳＴ电动机的有功 功率信号，反馈为电动机自身的有功功率信号。 在ＣＳＴ各部件正常的情况下，如果调整好各 ＰＩＤ参数，其速度曲线基本上能够满足技术要求，如 图３所示 『 曲 ≤ ： ／，、 —Ｌ 。－－ －一一 ：７ ‘｜ ．—— ’ －－—．．．．．．际速度曲线］．．． ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．一 图３实际运行曲线（正常状态） ４运行效果 根据秦源煤矿主井及南翼输送机下山ＣＳＴ的 多年运行实际应用可知，该控制算法完全满足输送 机的实际应用要求：加速和满速阶段实际运行速度 与给定速度的误差和功率误差一般不超过±２％，从 而对安全生产提供了有力的保障。 参考文献： ［１］可控起动传输（ＣＳＴ）原理，结构和应用研究［Ｚ］．罗克韦尔自 动化，２０００． 作者简介：何鸿志（１９６９一），男，工程师。２００２年毕业于中国矿业 大学，现在宝鸡秦源煤业有限公司从事机电管理工作，发表文章１ 篇。 （收稿日期：２０１０—１１—１７；责任编辑：陶驰东）
