CN104477809B - 矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法 - Google Patents

矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于矿井提升机制动控制技术，提出一种矿井提升机制动的双闭环调节装置。提出的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置的恒减速制动与工作制动共用液压站（15）和电液调压装置（13）；液压站（15）的油压由双闭环调节装置通过电液调压装置（13）进行调节；双闭环调节装置包括有速度环、压力环和功率放大器（10）；压力环包括有工作制动压力给定器（6）、压力环比较器（5）、压力调节器（7）、压力调节区间限幅器（8）、压力下降率限制器（9）和压力传感器（12）；速度环包括有安全制动速度给定器（2）、速度环比较器（3）、速度调节器（4）和速度传感器（11）。本发明达到了提升机能够安全平稳制动停车的目的。

Description

矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法
技术领域
本发明属于矿井提升机制动控制技术，具体涉及一种矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法。
背景技术
矿井提升机制动包括工作制动和安全制动；所述的安全制动为矿井提升机或矿井提升绞车，在运行过程中发生非常情况时紧急停车的制动。目前，现有技术中安全制动的方式有一级制动、二级制动和恒减速制动；其中一级制动已经很少使用；二级制动是一种传统的安全制动方式，属于恒力矩制动，采用二级制动液压站作为盘形制动器的供油装置；二级制动过程就是将某台提升机所需的全部制动力矩分为二级进行制动；然而二级制动主要存在以下缺点：1）安全制动时，制动力分二级施加上去，制动过程对机械设备包括提升钢丝绳以及井架或井塔设施冲击大，存在安全隐患；2）重物提升和下放过程，提升钢丝绳的张力差相差显著，对于所使用的同一台二级制动液压站而言，要兼顾重物提升和重物下放两种差异显著的工况，调试困难，而且制动效果不佳；恒减速制动是在二级制动液压站的基础上增加了用于为恒减速控制提供的油源和电液调压环节；恒减速制动虽然克服了二级制动存在的一些问题，但也存在其它缺点，如：1）工作制动和恒减速制动过程所用的油源和电液调压装置是分开的且重复设置，恒减速液压站构造复杂，调试困难，制动效果虽有改善，但重复性差；2）安全制动是个随机的事件，在日常生产过程中无法经常性地对实现恒减速功能环节或单元进行使用性能验证，待到恒减速功能需要投入使用时，恒减速功能环节或单元可能失灵，同样存在另外的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法。
本发明为完成上述发明目的采取以下技术方案：
一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，所述的矿井提升机制动包括安全制动和工作制动；所述的安全制动采用恒减速制动；所述恒减速制动与工作制动共用液压站和电液调压装置；所述的液压站的油源由油泵提供；所述液压站的油压由双闭环调节装置通过电液调压装置进行调节；所述的双闭环调节装置包括有速度环、压力环和功率放大器;
所述的压力环包括有工作制动压力给定器、压力环比较器、压力调节器、压力调节区间限幅器、压力下降率限制器和压力传感器；所述的压力传感器用于对盘形制动器的实际压力进行实时监测；所述压力传感器的输出端连接在压力环比较器的输入端，将液压站的实际压力送入压力环比较器；所述的工作制动压力给定器通过安全继电器AC的常开触点连接在压力环比较器的输入端，将工作制动过程中的给定压力送入压力环比较器；在所述的压力环比较器内对给工作制动过程中的给定压力与液压站的实际压力进行比较；所述压力环比较器的输出端连至压力调节器的输入端；所述压力调节器的输出端通过功率放大器与电液调压装置连接，由功率放大器对压力闭环输出的弱电信号进行功率放大，以驱动液压站中电液调压装置对液压站压力的进行调整；所述压力调节区间限幅器的输出端通过安全继电器AC的常闭触点连至压力调节器的限幅输入端，在安全制动过程且实施恒减速调节期间内对压力调节器的输出信号进行上、下限限幅控制，促使制动力矩更加均匀，制动更加平稳；在工作制动过程中，安全继电器AC的常闭触点断开，压力调节区间限幅器的压力限幅被取消;
所述的速度环包括有安全制动速度给定器、速度环比较器、速度调节器和速度传感器；所述安全制动速度给定器的输入端通过安全继电器AC的常开触点与速度传感器连接；所述的速度传感器设置在矿井提升机上，用以对矿井提升机的速度进行实时监测；所述的速度传感器、所述安全制动速度给定器的输出端均与速度环比较器的输入端连接，将安全制动速度给定器的安全制动给定速度和矿井提升机的实际速度送给速度环比较器；安全制动速度给定器的所述给定速度为在安全制动过程中以提升机安全制动的瞬间速度作为起始值并按设定的减速度递减形成的数值；在所述的速度环比较器内对给定速度与实际速度进行比较，速度环比较器的输出端连至速度调节器的输入端；速度调节器的输出端连至压力环比较器的输入端，将安全制动过程中的给定压力信号送入压力环比较器的输入端；压力环比较器对安全制动过程中的给定压力与压力传感器送入压力环比较器的实际压力进行比较；在恒减速安全制动过程中，液压站根据速度闭环的速度偏差情况在压力调节区间限幅器的限定区间内进行压力调节，使得提升机在安全制动过程中的速度按设定的减速度递减，不受提升方向或载荷的大小以及安全制动瞬间速度大小的影响，安全制动过程平均减速度值保持恒定。
所述压力调节器与所述的功率放大器之间设置有压力下降率限制器，所述的压力下降率限制器对压力的下降率进行限制，使得压力变化情况与盘形制动器的动作惯性相匹配，消除安全制动及工作制动停车过程的冲击和声响，平稳停车。
所述压力调节区间限幅器的压力上限P1小于贴闸皮油压值Pa，压力下限P2大于液压站残压Pb 。
所述速度调节器的使能端由安全继电器AC的常开触点短接，在矿井提升机工作制动过程中，速度调节器被封锁，速度调节器输出为零，速度环不起作用。
所述的安全继电器AC包括有线卷和触点；所述安全继电器AC与安全制动速度给定器、速度环比较器、速度调节器、压力环比较器、工作制动压力给定器、压力调节器、压力调节区间限幅器、压力下降率限制器之间的连接包括逻辑关系，可由硬件或软件或软硬件结合实现。
采用上述矿井提升机制动的双闭环调节装置进行矿井提升机制动的方法，所述矿井提升机的制动包括工作制动过程和安全制动过程。
在工作制动过程中，安全继电器AC的线卷得电，安全继电器AC的常开触点闭合、常闭触点断开，速度调节器被封锁，速度环不起作用；同时，压力调节区间限幅器的输出端也被安全继电器AC的常闭触点断开，压力限幅被取消；安全制动速度给定器保持对速度传感器的输出值即提升机的运行速度进行实时监测，工作制动压力给定器的输出作为给定压力与实际压力之间进行比较，经压力调节器进行闭环调节，压力调节器的输出信号通过压力下降率限制器和功率放大器对电液调压装置进行调节和控制，使得液压站的压力跟随工作制动压力给定器的输出变化，盘型制动器随之进行松闸和紧闸动作即工作制动。
在安全制动过程中，安全继电器AC线卷断电，其常开触点断开、常闭触点闭合，工作制动压力给定器被切除，速度调节器解除封锁，速度调节器的输出信号作为给定压力，并由压力调节区间限幅器对压力进行调节；安全制动速度给定器将监测到安全制动发生瞬间的提升机运行速度作为起始值，并按设定的减速度衰减，这个设定的减速度就是安全制动给定减速度，起始值与减速度所形成的给定速度与速度传感器所检测的实际速度进行比较，当实际速度大于给定速度时，速度环比较器的输出为负值，使得速度调节器的输出降低，即压力环的压力给定值降低，压力环比较器的输出为负值，经压力调节器进行闭环调节，压力调节器的输出信号通过压力下降率限制器和功率放大器对电液调压装置进行调节和控制，迫使液压站中的输出压力降低，盘型制动器回油泄压并往紧闸方向动作，增加制动力矩，使得矿井提升机加大减速度进行减速；当实际速度小于给定速度时，速度环比较器的输出为正值，使得速度调节器的输出增加，即压力环的压力给定值增加，压力环比较器的输出为正值，经压力调节器进行闭环调节，压力调节器的输出信号通过压力下降率限制器和功率放大器对电液调压装置进行调节和控制，迫使液压站中的输出压力增加，盘型制动器充油增压并往松闸方向动作，减少制动力矩，使得矿井提升机减少减速度值进行减速，速度闭环调节的结果，在实施恒减速安全制动期间，平均的减速度值维持恒定，达到恒减速安全制动的目的。
在安全制动过程实施恒减速控制期间，液压站的压力调节范围受到压力调节区间限幅器的限制，在压力下限P2～压力上限P1的区间内进行调节，确保安全制动的制动力矩更加均匀，制动过程更加平稳。
本发明提出的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置及制动方法，安全制动与工作制动采用同一液压站与电液调节装置，不需要配备专用的恒减速液压站，实现了矿井提升机的恒减速制动功能，达到了提升机能够安全平稳制动停车的目的；相较于现有公知技术，在安全制动过程的恒减速调节期间，油泵仍然工作并为恒减速调节提供油源，与公知的恒减速液压站相比，恒减速控制的油源由另设的蓄力器及其电液调压等环节提供，本发明对液压站没有特殊要求，所用液压站原理简单，其油路和所用的器件更少更整洁，实现恒减速功能所需要的成本更低，恒减速制动和工作制动共用油源和电液调压装置，油路和液压器件的工作效能和可靠性能够得到经常性的验证，故障率更低，制动过程及停车更加平稳和安全，具有明显的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明中压力调节区间限幅器的特性。
图中：1、安全继电器AC，2、安全制动速度给定器，3、速度环比较器，4、速度调节器，5、压力环比较器，6、工作制动压力给定器，7、压力调节器，8、压力调节区间限幅器，9、压力下降率限制器，10、功率放大器，11.速度传感器，12、压力传感器，13、电液调压装置，14、油泵，15、液压站，16、盘型制动器，17、矿井提升机。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1所示，一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，所述的矿井提升机制动包括安全制动和工作制动；所述的安全制动采用恒减速制动；所述恒减速制动与工作制动共用液压站15和电液调压装置13；所述的液压站15的油源由油泵14提供；所述液压站15的油压由双闭环调节装置通过电液调压装置13进行调节；所述的双闭环调节装置13包括有速度环、压力环和功率放大器10。
所述的压力环包括有工作制动压力给定器6、压力环比较器5、压力调节器7、压力调节区间限幅器8、压力下降率限制器9和压力传感器12；所述的压力传感器12用于对液压站15的实际压力进行实时监测；所述压力传感器12的输出端连接在压力环比较器5的输入端，将液压站15的实际压力送入压力环比较器5；所述的工作制动压力给定器6通过安全继电器AC1的常开触点连接在压力环比较器5的输入端，将工作制动过程中的给定压力送入压力环比较器5；在所述的压力环比较器5内对在工作制动过程中的给定压力与液压站15的实际压力进行比较；所述压力环比较器5的输出端连至压力调节器7的输入端；所述压力调节器7的输出端通过功率放大器10与电液调压装置13连接，由功率放大器10对压力闭环输出的弱电信号进行功率放大，以驱动液压站中电液调压装置13对液压站压力的进行调整；所述压力调节区间限幅器8的输出端通过安全继电器AC1的常闭触点连至压力调节器7的限幅输入端，在安全制动过程且实施恒减速调节期间内中压力调节器的输出信号进行上、下限限幅控制，促使制动力矩更加均匀，制动更加平稳；在工作制动过程中，安全继电器AC1的常闭触点断开，压力调节区间限幅器8的压力限幅被取消。
所述的速度环包括有安全制动速度给定器2、速度环比较器3、速度调节器4和速度传感器11；所述安全制动速度给定器2的输入端通过安全继电器AC1的常开触点与速度传感器11连接；所述的速度传感器11设置在矿井提升机上，用以对矿井提升机的速度进行实时监测；所述的速度传感器11、所述安全制动速度给定器2的输出端均与速度环比较器3的输入端连接，将安全制动速度给定器2的安全制动给定速度和矿井提升机17的实际速度送给速度环比较器3；安全制动速度给定器2的所述给定速度为在安全制动过程中以提升机安全制动的瞬间速度作为起始值并按设定的减速度递减形成的数值；在所述的速度环比较器3内对给定速度与实际速度进行比较，速度环比较器3的输出端连至速度调节器4的输入端；速度调节器4的输出端连至压力环比较器5的输入端，将安全制动过程中的给定压力送入压力环比较器的输入端；压力环比较器5对安全制动过程中的给定压力与压力传感器12送入压力环比较器的实际压力进行比较；在恒减速安全制动过程中，液压站根据速度闭环的速度偏差情况在压力调节区间限幅器的限定区间内进行压力调节，使得提升机在安全制动过程中的速度按设定的减速度递减，不受提升方向或载荷的大小以及安全制动瞬间速度大小的影响，安全制动过程平均减速度值保持恒定。
所述压力调节器7与所述的功率放大器10之间设置有压力下降率限制器9，所述的压力下降率限制器9对压力的下降率进行限制，使得压力变化情况与盘形制动器的动作惯性相匹配，消除安全制动及工作制动停车过程的冲击和声响，平稳停车。
如图2所示，所述压力调节区间限幅器8的压力上限P1小于贴闸皮油压值Pa，压力下限P2大于液压站残压Pb，油压下限P2依实际制动效果在大于液压站残压的一定范围内进行取值，如取值为Pa/4~Pa/3，根据实际情况在调试阶段进行适当调整。
所述速度调节器4的使能端由安全继电器AC1的常开触点短接，在矿井提升机工作制动过程中，速度调节器被封锁，速度调节器输出为零。
所述的安全继电器AC1包括有线卷和触点；所述安全继电器AC1与安全制动速度给定器2、速度环比较器3、速度调节器4、压力环比较器5、工作制动压力给定器6、压力调节器7、压力调节区间限幅器8、压力下降率限制器9之间的连接包括逻辑关系，可由硬件或软件或软硬件结合实现。
采用上述矿井提升机制动的双闭环调节装置进行矿井提升机制动的方法，所述矿井提升机的制动包括工作制动过程和安全制动过程。
在工作制动过程中，安全继电器AC1的线卷得电，安全继电器AC1的常开触点闭合、常闭触点断开，速度调节器4被封锁，速度环不起作用；同时，压力调节区间限幅器8的输出端也被安全继电器AC的常闭触点断开，压力限幅被取消；安全制动速度给定器2保持对速度传感器11的输出值即提升机的运行速度进行实时监测，工作制动压力给定器6的输出作为给定压力与实际压力之间进行比较，经压力调节器7进行闭环调节，压力调节器7的输出信号通过压力下降率限制器9和功率放大器10对电液调压装置13进行调节和控制，使得液压站15的压力跟随工作制动压力给定器的输出变化，盘型制动器16随之进行松闸和紧闸动作即工作制动。
在安全制动过程中，安全继电器AC1线卷断电，其常开触点断开、常闭触点闭合，工作制动压力给定器6被切除，速度调节器4解除封锁，速度调节器4的输出信号作为给定压力，并由压力调节区间限幅器8对压力进行调节；安全制动速度给定器2将监测到安全制动发生瞬间的提升机运行速度作为起始值，并按设定的减速度衰减，这个设定的减速度就是安全制动给定减速度，起始值与减速度所形成的给定速度与速度传感器所检测的实际速度进行比较，当实际速度大于给定速度时，速度环比较器3的输出为负值，使得速度调节器4的输出降低，即压力环的压力给定值降低，压力环比较器5的输出为负值，经压力调节器7进行闭环调节，压力调节器7的输出信号通过压力下降率限制器9和功率放大器10对电液调压装置13进行调节和控制，迫使液压站15中的输出压力降低，盘型制动器16回油泄压并往紧闸方向动作，增加制动力矩，使得矿井提升机加大减速度进行减速；当实际速度小于给定速度时，速度环比较器3的输出为正值，使得速度调节器4的输出增加，即压力环的压力给定值增加，压力环比较器5的输出为正值，经压力调节器7进行闭环调节，压力调节器7的输出信号通过压力下降率限制器9和功率放大器10对电液调压装置13进行调节和控制，迫使液压站15中的输出压力增加，盘型制动器16充油增压并往松闸方向动作，减少制动力矩，使得矿井提升机减少减速度值进行减速，速度闭环调节的结果，在实施恒减速安全制动期间，平均的减速度值维持恒定，达到恒减速安全制动的目的。
在安全制动过程实施恒减速控制期间，液压站的压力调节范围受到压力调节区间限幅器的限制，在压力下限P2～压力上限P1的区间内进行调节，确保安全制动的制动力矩更加均匀，制动过程更加平稳。
以上所述仅为本发明实现矿井提升机恒减速制动的方法和较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，所述的矿井提升机制动包括安全制动和工作制动；所述的安全制动采用恒减速制动；其特征在于：所述恒减速制动与工作制动共用液压站（15）和电液调压装置（13）；所述的液压站（15）的油源由油泵（14）提供；所述液压站（15）的油压由双闭环调节装置通过电液调压装置（13）进行调节；所述的双闭环调节装置（13）包括有速度环、压力环和功率放大器（10）；
所述的压力环包括有工作制动压力给定器（6）、压力环比较器（5）、压力调节器（7）、压力调节区间限幅器（8）、压力下降率限制器（9）和压力传感器（12）；所述的压力传感器（12）用于对盘形制动器（16）的实际压力进行实时监测；所述压力传感器（12）的输出端连接在压力环比较器（5）的输入端，将液压站（15）的实际压力送入压力环比较器（5）；所述的工作制动压力给定器（6）通过安全继电器AC（1）的常开触点连接在压力环比较器（5）的输入端，将工作制动过程中的给定压力送入压力环比较器（5）；在所述的压力环比较器（5）内对给工作制动过程中的给定压力与液压站（15）的实际压力进行比较；所述压力环比较器（5）的输出端连至压力调节器（7）的输入端；所述压力调节器（7）的输出端通过功率放大器（10）与电液调压装置（13）连接，由功率放大器（10）对压力闭环输出的弱电信号进行功率放大，以驱动液压站中电液调压装置（13）对液压站压力的进行调整；所述压力调节区间限幅器（8）的输出端通过安全继电器AC（1）的常闭触点连至压力调节器（7）的限幅输入端，在安全制动过程且实施恒减速调节期间内对压力调节器的输出信号进行上、下限限幅控制，促使制动力矩更加均匀，制动更加平稳；在工作制动过程中，安全继电器AC（1）的常闭触点断开，压力调节区间限幅器（8）的压力限幅被取消；
所述的速度环包括有安全制动速度给定器（2）、速度环比较器（3）、速度调节器（4）和速度传感器（11）；所述安全制动速度给定器（2）的输入端通过安全继电器AC（1）的常开触点与速度传感器（11）连接；所述的速度传感器（11）设置在矿井提升机上，用以对矿井提升机的速度进行实时监测；所述的速度传感器（11）、所述安全制动速度给定器（2）的输出端均与速度环比较器（3）的输入端连接，将安全制动速度给定器（2）的安全制动给定速度和矿井提升机（17）的实际速度送给速度环比较器（3）；安全制动速度给定器（2）的所述给定速度为在安全制动过程中以提升机安全制动的瞬间速度作为起始值并按设定的减速度递减形成的数值；在所述的速度环比较器（3）内对给定速度与实际速度进行比较，速度环比较器（3）的输出端连至速度调节器（4）的输入端；速度调节器（4）的输出端连至压力环比较器（5）的输入端，将安全制动过程中的给定压力送入压力环比较器的输入端；压力环比较器（5）对安全制动过程中的给定压力与压力传感器（12）送入压力环比较器的实际压力进行比较；在恒减速安全制动过程中，液压站根据速度闭环的速度偏差情况在压力调节区间限幅器的限定区间内进行压力调节，使得提升机在安全制动过程中的速度按设定的减速度递减，不受提升方向或载荷的大小以及安全制动瞬间速度大小的影响，安全制动过程平均减速度值保持恒定。
2.根据权利要求1所述的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，其特征在于：所述压力调节器（7）与所述的功率放大器（10）之间设置有压力下降率限制器（9），所述的压力下降率限制器（9）对压力的下降率进行限制，使得压力变化情况与盘形制动器的动作惯性相匹配，消除安全制动及工作制动停车过程的冲击和声响，平稳停车。
3.根据权利要求1所述的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，其特征在于：所述压力调节区间限幅器（8）的压力上限P1小于贴闸皮油压值Pa，压力下限P2大于液压站残压Pb。
4.根据权利要求1所述的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，其特征在于：所述速度调节器（4）的使能端由安全继电器AC（1）的常开触点短接，在矿井提升机工作制动过程中，速度调节器被封锁。
5.根据权利要求1所述的一种矿井提升机制动的双闭环调节装置，其特征在于：所述的安全继电器AC（1）包括有线卷和触点；所述安全继电器AC（1）与安全制动速度给定器（2）、速度环比较器（3）、速度调节器（4）、压力环比较器（5）、工作制动压力给定器（6）、压力调节器（7）、压力调节区间限幅器（8）、压力下降率限制器（9）之间的连接包括逻辑关系，由硬件或软件或软硬件结合实现。
6.采用权利要求1所述的矿井提升机制动的双闭环调节装置进行矿井提升机制动的方法，其特征在于：所述矿井提升机的制动包括工作制动过程和安全制动过程；
在工作制动过程中，安全继电器AC（1）的线卷得电，安全继电器AC（1）的常开触点闭合、常闭触点断开，速度调节器（4）被封锁，速度环不起作用；同时，压力调节区间限幅器（8）的输出端也被安全继电器AC的常闭触点断开，压力限幅被取消；安全制动速度给定器（2）保持对速度传感器（11）的输出值即提升机的运行速度进行实时监测，工作制动压力给定器（6）的输出作为给定压力与实际压力之间进行比较，经压力调节器（7）进行闭环调节，压力调节器（7）的输出信号通过压力下降率限制器（9）和功率放大器（10）对电液调压装置（13）进行调节和控制，使得液压站的压力跟随工作制动压力给定器的输出变化，盘型制动器随之进行松闸和紧闸动作即工作制动；
在安全制动过程中，安全继电器AC（1）线卷断电，其常开触点断开、常闭触点闭合，工作制动压力给定器（6）被切除，速度调节器（4）解除封锁，速度调节器（4）的输出信号作为给定压力，并由压力调节区间限幅器（8）对压力进行调节；安全制动速度给定器（2）将监测到安全制动发生瞬间的提升机运行速度作为起始值，并按设定的减速度衰减，这个设定的减速度就是安全制动给定减速度，起始值与减速度所形成的给定速度与速度传感器所检测的实际速度进行比较，当实际速度大于给定速度时，速度环比较器（3）的输出为负值，使得速度调节器（4）的输出降低，即压力环的压力给定值降低，压力环比较器（5）的输出为负值，经压力调节器（7）进行闭环调节，压力调节器（7）的输出信号通过压力下降率限制器（9）和功率放大器（10）对电液调压装置（13）进行调节和控制，迫使液压站中的输出压力降低，盘型制动器（16）回油泄压并往紧闸方向动作，增加制动力矩，使得矿井提升机加大减速度进行减速；当实际速度小于给定速度时，速度环比较器（3）的输出为正值，使得速度调节器（4）的输出增加，即压力环的压力给定值增加，压力环比较器（5）的输出为正值，经压力调节器（7）进行闭环调节，压力调节器（7）的输出信号通过压力下降率限制器（9）和功率放大器（10）对电液调压装置（13）进行调节和控制，迫使液压站中的输出压力增加，盘型制动器（16）充油增压并往松闸方向动作，减少制动力矩，使得矿井提升机减少减速度值进行减速，速度闭环调节的结果，在实施恒减速安全制动期间，平均的减速度值维持恒定，达到恒减速安全制动的目的。
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