随着现代化矿井及煤矿采煤技术的发展，长运距、大运量带式输送机应用越来越普遍。如何合理的确定大型带式输送机的驱动方式，已成为其推广应用的关键技术之一。为了减小电机启动时输送带的动张力，改善输送带和整机的受力状况，保护电网免受大起动电流冲击，要求大型带式输送机的驱动系统能够提供可调的、平滑而无冲击的起动力矩。在驱动多台电动机的情况下，希望各驱动装置之间能够做到功率基本平衡，即具有合理分配驱动功率的能力。近几年，国内外相继开发了多种形式的软起动装置，主要有：液力型软起动装置；液黏性软起动装置，如美国的CST;电气型软起动装置，如直流调速、交流变频调速等。
CST软起动装置作为液黏性软起动装置的代表与另外两种软起动装置相比具有功率平稳、反应时间快、带速调节范围广、传动效率高等优点。尤其是目前在长运距、大运量、高带速的大型带式输送机上选用者更多，能实现低扭矩输送带预紧及可控起、停车。CST虽然具有许多优越的性能，但目前使用CST系统的初期投资远远高于其他类型驱动系统，另外其机械部分零件加工精度要求高，整个系统结构较复杂，国产化较低。针对这一现状，我们开展了芾式输送机可控变速装置产业化与关键技术研究，本文主要介绍带式输送机可控变速装置电气控制系统的设计。
2、带式输送机可控变速装置的结构及工作原理
带式输送机可控变速装置是典型的机电液一体化产品。它由机械系统、液压系统和电气控制系统三大部分组成，机电液有机结合，布局合理。
2.1机械传动系统的组成与工作原理
机械传动系统由一级齿轮减速机构和一级2K-H行星传动机构组成。如图1(a)所示。齿轮减速机构起到降速和初步扩大力矩的作用，2K-H行星传动机构不仅可以进一步扩大力矩、降低转速，而且能够实现运动合成，实现过载保护。
当输送机起动时，如果先使液压马达带动内齿圈转动，且其转速达到一定的数值，根据行星传动机构的工作原理可知，输出轴Ⅵ和输入轴II都有可能转动。但是由于输出轴Ⅵ与滚筒联接，其阻力矩很大，而输入轴II通过齿轮机构与主电动机的转子联接，其阻力矩较小，因此主电动机的转子就会随之转动（输出轴Ⅵ即系杆不转动），适当调整液压系统，使此转动的转向与主电动机工作时的转向一致，然后再起动主电动机，就可实现主电动机空载起动。当主电动机转速达到额定转速后，液压马达就成为主电动机的一个负载，使液压马达按照一定规律降速（相当于使内齿圈按照一定规律降速），可使输出轴Ⅵ按照相应规律升速起动，从而实现主电动机先空载起动、再使滚筒均匀、平稳升速到额定转速的软起动。
2.2液压传动系统及其工作原理
考虑内齿圈载荷小、要求无级变速等具体情况，带式输送机可控变速装置采用电液比例阀组成的液压系统作为内齿圈的动力源。液压系统的原理如图l(b)所示。主要液压元件有液压泵、液压马达、电液比例调速阀和电液比例溢流阀等。其中液压马达是机械传动系统中蜗杆的动力源，通过电液比例节流阀6调节液压马达的流量，从而使其转速实现无级变化。电液比例溢流阀8是用来调整液压系统工作压力的，通过控制系统对液压系统不同工作状态下压力的设定，使液压系统始终工作在最优状态，以实现效率最高、油温最低的设计目标。
(1)输送机软起动
控制系统将电液比例溢流阀8的压力调节到额定值，并向液压马达供油，当主电动机起动并达到额定转速后，使电液比例节流阀6的开口量由最大值按照设定的规律减小，直到完全关闭，从而实现滚筒的转速由零逐渐达到正常值，即完成输送机的软起动。
(2)多机驱动的功率平衡
对于多个软起动单元驱动的带式输送机，由于各个软起动单元中电机的外特性的差异、设备的制造和安装的误差、胶带弹性伸长率的不同以及载荷变化等因素的影响，往往造成电机负载功率的失衡，从而引起带式输送机的功率不平衡。本系统采用电流控制功率平衡法。电流控制功率平衡法是利用当电机参数相同，在同一电网供电的情况下，在其负载范围内，电机电流的大小直接反映了电机功率大小的原理，通过采集各个驱动电机的电流值作为功率平衡的控制依据，若载荷偏差不在设定值以内，通过控制电液比例节流阀6的开口量，控制液压马达的供油量，从而控制机械系统的输出轴Ⅵ的转速，实现多机或多点驱动的功率平衡。
3、电气控制系统设计
根据整机对控制系统的要求和使用环境，可控变速装置的电气控制系统采用可编程控制器(PLC)和相应模块组成。PLC是专为工业环境下应用而设计，它采用“光电”隔离技术，抗干扰性能力强。图2为带式输送机可控变速装置电气控制系统原理框图。
电气控制系统主要由PLC、传感器、人机界面和液压控制阀驱动模块组成。PLC选用FX2N32MT，该型号具有较高的可靠性和性价比。系统通过采集压力变送器、速度传感器、电流传感器输出的信号，经过PLC运算处理后，控制主电动机和液压系统电动机的启停，以及比例阀开口的大小，从而实现带式输送机的软起动、软停车和电动机的功率平衡。输送机整个电控系统放置于隔爆箱内，以满足矿井对控制设备安全性的要求。在防爆箱正面开设玻璃窗，安装触摸屏，便于操作员查看输送带运行参数、执行故障报警和对系统参数进行修改。
3.1信号检测电路设计
信号检测模块可以把电流变送器、压力变送器和温度变送器传送来的模拟信号转换为数字信号。传感器选择本安防爆型，输出标准4～20mA电流信号。为满足井下安全要求，模拟信号经检测端隔离式安全栅后再进入A/D转换模块。图3给出了A/D转换器的接线方式。
3.2液压控制阀驱动电路设计
液压控制阀的驱动是整个系统的关键部分。为满足系统控制要求，我们采用了ATOS的电子放大器驱动液压控制阀。液压控制阀驱动电路如图4所示。电液比例溢流阀采用E-ME-AC型电子放大器，该放大器对电磁铁提供一个切换电流，即可按与输入电流信号成比例地控制阀的调整量。电液比例节流阀采用E-ME-T型电子放大器，该类放大器用于带阀芯位置反馈的比例阀，放大器按输入信号的变化，成比例地控制阀芯位置，通过对电磁铁提供适当的电流，来液压马达的流量，从而使其转速实现无级变化。
4、控制系统软件设计
为了保证控制系统的可维护性、可扩展性以及安全性，PLC的控制程序采用模块化设计，模块之间相互独立。PLC程序分为初始化程序和功能模块程序。通电时，系统自动进入初始化程序，对现场的设备状态进行检测，将各点按预设的状态进行设定，在程序初始化完成后系统就进入正常运行部分。带式输送机的运行状态可归纳为：停止、启动、匀速连续运行、功率平衡、停车和检带运行等几种状态。PLC根据运行状态分别编写相应的子程序。系统主程序流程图如图5 (a)所示。图5(b)为软起动子程序流程图。软起动时要求完成如下动作：使电液比例节流阀6的阀口开至最大：电液比例溢流阀8调到设定压力；起动液压泵，当液压马达转速达到设定值时，起动主电动机；主电动机达到额定转速后，电液比例节流阀6按一定规律关闭阀口：当输出轴转速达到额定值时，使比例溢流阀8压力线性下降到最小值(1.OMPa)，实现泄荷。
5、结论
带式输送机可控变速装置是机电液有机结合的机电一体化产品，电控系统以先进的PLC及其配套模块作为主控系统，液压控制阀的驱动采用了ATOS的电子放大器，整个系统功能完善，制造成本低。经过实验测试，该系统总体性能接近美国的CST系统，但制造成本显著低于CST系统，能够满足我国煤炭生产的需要，推广应用前景广阔，是大运量、长距离带式输送机比较理想的驱动装置。
