水泵房远程集中监控方案

水泵房远程集中监控系统

技 术 方 案

山东科技大学 2015年2月

---泵站远程监控终端的功能特点---

◆ 采集进站管道压力或清水池水位、出站压力、出站流量。 ◆ 采集每台加压泵启停状态、工作电流、工作电压、电能等电参数。

◆ 采集配电室各路开关状态、电能等。

◆ 光纤通信时，图像监视泵站全景、电气室、泵房等重要工位。

◆ 支持加压泵启动柜手动控制、自动控制、远程控制加压水泵的启停，控制模式可切换。

◆ 依据供水压力和水泵运行时间，智能选择水泵投入运行。

◆ 电流过大、缺相、水位过低过高、控制柜保护、配电室故障、闲人进入等情况发生时，立即上报

信息。

◆ 支持光纤通信、局域网通信、GPRS、短消息等无线通信方式。

◆ 存储、显示、查询泵站监控数据及工作参数。 ◆ 支持多路图像监控。（有线通信方式）

◆ 支持就地、远程维护测控设备。

---泵站监控中心主要功能---

◆ 远程监测各加压泵站水池水位或进站压力、出站流量、出站压力。 ◆ 远程监测加压泵组的工作状态、电流、电压、保护状态、工作模式。

◆ 远程切换水泵的控制模式，远程控制加压泵组水泵的启停。

◆ 光纤通信时，支持视频在线监视泵站全景、电气控制室等重要工位，视频可回放。 ◆ 现场出现电流电压超限、水位超限、设备保护等状况时，监控中心可声光报警。

◆ 支持各种监测信息、控制信息、报警信息、操作信息的存储和查询。

◆ 生成各种数据报表及数据曲线。

功能特点编辑

水泵远程管理系统适用于城市供水系统中加压泵站的远程监控及管理。加压泵站管理人员可以在供水公司的泵站监控中心远程监测站内清水池水位或进站压力、加压泵组工作状态、出站流量、出站压力等；支持水泵启动设备手动控制、自动控制、远程控制加压泵组的启停；光纤通信时，可以图像监视站内全景及重要工位，实现泵站无人值守。

1、 通过RS485电气接口，从PLC中采集到设备的工作状况，采集到数据后，每天往数据中心发送两次，每次不超过20K。

2、 通过管理中心，远程修改PLC的参数。 3、 故障报警历史数据查询。

4、 重要故障即时报警，同时在管理中心以弹出菜单方式及给指定手机发送短信。

5、 设备工作时间明细等各种管理报表。

◆ 采集进站管道压力或清水池水位、出站压力、出站流量。 ◆ 采集每台加压泵启停状态、工作电流、工作电压、电能等电参数。 ◆ 采集配电室各路开关状态、电能等。

◆ 光纤通信时，图像监视泵站全景、电气室、泵房等重要工位。

◆ 支持加压泵启动柜手动控制、自动控制、远程控制加压水泵的启停，控制模式可切换。

◆ 依据供水压力和水泵运行时间，智能选择水泵投入运行。

◆ 电流过大、缺相、水位过低过高、控制柜保护、配电室故障、闲人进入等情况发生时，立即上报信息。

◆ 支持光纤通信、局域网通信、GPRS、短消息等无线通信方式。 ◆ 存储、显示、查询泵站监控数据及工作参数。 ◆ 支持多路图像监控。（有线通信方式） ◆ 支持就地、远程维护测控设备。

中心主要功能编辑

◆ 远程监测各加压泵站水池水位或进站压力、出站流量、出站压力。 ◆ 远程监测加压泵组的工作状态、电流、电压、保护状态、工作模式。 ◆ 远程切换水泵的控制模式，远程控制加压泵组水泵的启停。

◆ 光纤通信时，支持视频在线监视泵站全景、电气控制室等重要工位，视频可回放。

◆ 现场出现电流电压超限、水位超限、设备保护等状况时，监控中心可声光报警。

◆ 支持各种监测信息、控制信息、报警信息、操作信息的存储和查询。 ◆ 生成各种数据报表及数据曲线。

1， 实时查询：通过网站查询水泵泵号、进水压力、设定压力、运行压力、运行频率、报警压力。

2， 统计查询：通过网站查询水泵的总体运行情况，如水泵泵号、进水压力、设定压力、运行压力、运行频率、报警压力；统计方式要求可以按时间进行曲线统计。

3， 数据设置：通过网站实时显示水泵数据，并能对以下参数进行设定，主要包括水泵开启关闭、出水压力、高压报警压力、低压报警压力、进水压力、主泵交替时间、变频器交替时间、变频器复位等。

4， 数据显示：能显示水泵所在地图上的省份位置，并以特殊颜色加以突出显示；以列表方式显示当前用户所管理的水泵；以图片方式显示当前水泵运行状况，并以不同颜色加以标注；水泵运行状况的数据能以曲线形式显示。

终端设备编辑

1、数据采集：采集水泵泵号、进水压力、设定压力、运行压力、出水压力、运行频率、报警压力。

2、任务下发：接受后台网站设定命令，主要包括水泵开启关闭、出水压力、高压报警压力、低压报警压力、进水压力、主泵交替时间、变频器交替时间。

煤矿的运输系统，主要由皮带机、刮板输送机和提升机组成，尤以皮带机的数量最多。而皮带机的运行环境最为恶劣，运输线路长，运行空间粉尘大、湿度高，用电设备功率大、电压高、对电网冲击大、对电控系统的电磁干扰大。因此，煤矿皮带机控制系统的研究一直备受关注，设计出运行高效率，安全可靠，高技术水平的皮带机控制系统是皮带机控制设计的一项重要工程。

现如今，井下皮带机的控制方式不能满足信息化矿井建设的需要，为减少煤矿井下人员数量，降低职工劳动强度，减少误操作，提高生产效率，必须对其进行集控改造，以达到减员增效的目的。因此要依据此平台，对多部皮带机安全保护及电控系统进行完善和改造，使其具备重要参数及控制信号传送，实现在地面集控室进行远程操作和监控井下各条皮带机，实现皮带机远程控制及无人值守。

目前，在唐口煤矿中，煤流的运输一般在几百米到几十公里，因此它的运输

系统要有多台皮带运输机、给煤机、煤仓等构成协调配合完成长距离运输任务。以往对皮带运输机都采用人工分台就地控制，即每台运输机的控制都由一名人员就地控制，这是一种最原始的控制方式。这种控制方式是直接操作运输机的控制开关，操作简单，不增加任何控制元件，维护工作较少，但需要人员较多，并且每个皮带工的思维及技术水平不一等常有意外事故发生，影响生产的正常运行。集中控制方式是在整个运输线上新增一套集中控制装置，在控制室内集中操作，由一名操作人员完成即可。这样即节省了大量的人力资源，也为及时发现故障，缩短停产时间和提高自动化效率创造了条件。现在，已成为矿井煤炭运输的主要控制方式。

根据唐口煤矿井下掘进皮带运输系统现场特点，对皮带机进行了计算校核，并根据具体要求，做出如下设计方案，所有设计选型均参照《DTII型固定式带式输送机设计选用手册》和《运输机械设计选用手册》。本方案能够实现集中控制功能的要求,并充分考虑其先进性、安全性、可靠性及安装、使用和维护的方便性，采用先进的网络技术和控制方式，建立一套技术先进、功能完整、管理简便的掘进皮带集中控制系统。

一、系统概述

矿用皮带运输机在生产过程中经常会出现跑偏、撕裂、火灾、堆煤、打滑、过热等故障，轻则造成矿井的生产停止，重则导致人员伤亡。因此研究矿用皮带运输机故障诊断监控系统是十分必要的，当皮带运输机出现故障时，对其进行实时的检测，并最大限度的减少由皮带运输机发生故障后所带来的损失和影响，这对提高皮带运输机生产效率和保证工作人员的生命安全，都具有及其重要的意义和实用价值。

井下胶带运输机集中监控系统实施后，可使原煤运输系统更加安全可靠，保证运输畅通，提高运煤能力，降低事故率，减少故障处理时间，为矿井生产减少运行费用，提高运行效率，达到管控一体化,为实现数字化现代矿井打下良好的

基础。

根据现场实际使用要求，井下胶带运输机集中监控系统可以达到安全可靠运行以及减人提效目的。其采用计算机、PLC、现场总线技术，通过集中控制和工业电视相结合，对井下掘进巷皮带机等相关设施进行集中控制。

集控系统与调度电话系统、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现提高生产效率、减少现场操作人员、提高设备安全性和生产安全性等目标。最终实现无人职守。

早期的皮带机控制系统主要采用数字逻辑控制电路板，然后又发展为单片机作为MCU控制电路板，以上两种控制电路优点是电路简单、成本低，缺点是抗干扰能力及使用寿命、实时控制、扩展能力等远不如PLC，以PLC为主的皮带机控制系统早在21世纪初就开始在煤矿中应用，尤其以PROFIBUS网络及以太网为通信的皮带机集中控制系统在煤矿应用中达到了理想的效果，PROFIBUS网络俗称现场总线控制，在集控系统中主要作用是负责主站和分站之间进行通信而以太网主要负责PLC与上位机之间的信息通信，PLC通过以太网可以实时将数据传输到控制主站和监控中心。本系统是以SIEMENS PLC 作为主控元件，具有防潮、抗干扰能力强，现场易编程、易扩展，基本免维护，并能够实现软件控制化，自动检测系统故障等功能。

系统的控制核心为矿用隔爆兼本安型可编程控制器（PLC），隔爆10寸液晶屏，本安操作部分和集控软件部分组成。

多条皮带集控时，主站与分站之间通过总线方式连接组成控制网络，分站之间即相对，又互相联接，组成一套灵活的控制系统，从而完成整个运输系统及生产系统的控制要求，并可与矿井监控系统组网。系统监控、保护功能齐全，联接简单，能准确识别故障性质及位置，组网能力强，具有远程诊断功能。

系统与矿井自动化环网实施无障碍连接为以后子系统的环网接入提供接口，

软件采用OPC,DDE,等多种接入方式。

系统根据现场的设备布置情况，采用三层网络结构，在设备层采用总线。在控制层采用专用控制网络。在系统接入的信息层采用工业以太网。

系统保证整个网络的畅通行，网络具有路由的功能，能过通过上位系统的以太网，路由到控制层或设备层。

二．设计特色及创新

本项目针对煤矿井下皮带机现有控制方式不能满足信息化矿井建设的需要，利用现场总线技术、PLC控制技术、工业以太环网技术，上位机技术、工业组态软件等技术，对现有皮带机安全保护装置进行优化完善，并对电控系统进行改造，改造后电控系统即可就地操作开、停皮带机，又能通过串口（接口）连接分站进入以太网向地面集控中心传输数据信息，实现远程控制。

本项目特色及创新点如下：

（1）在皮带监控地点安装控制箱及本安控制台，控制箱采用矿用本安型嵌入式工业控制计算机（PLC)。可实现单台胶带机的启动、制动、以及故障急停等控制功能，同时具备完善的保护功能。

（2）控制箱采用先进的矿用本安型嵌入式工业控制计算机（进口 PLC)，具有完善的抗干扰能力，以适应恶劣的生产环境。

（3）控制箱具有完善的皮带保护系统，在控制台上可显示各胶带电机的开停状态，松闹状态指示以及速度、电流、温度、张力等信号的显示。

（4）操作台上嵌入了 MCGS显示屏，具有实时工作状态监视功能、实时报警显示功能、实时温度、电流、张力、速度等显示功能、和历史数据记录功能等，可分别对应显示每条皮带机设置的传感器故障。如跑偏、纵撕、超温、速度、烟雾、煤位、拉线、张力等。同时松闹电机、给煤机的运行状态均生动形象的显示在控制台上。

（5）实时监控设备状态和运行参数，并能够显示实时屯流、张力、速度数

据曲线，具有历史曲线查询功能，根据电流实时曲线变化情况分析电机运行状态还可以根据电流历史曲线峰值显示情况查询电机起停的次数。

（6）多种控制方式。控制方式有就地自动、检修、手动、闭锁等方式，系统操作灵活、可靠性高、维护量少。

（7）启动开关设备前先发出几秒钟预警信号（时间软件可调），延时后，设备按程序设定顺序自动启动。同时，系统给后方皮带机头发信号，通知其启动或停车。

（8）保护系统中的一般故障在检修工作模式下只报警不停车，现场非正常停车或紧急停车时，故障设备及其前级设备均紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。

（9）电机运行中可对其的工作电流进行实时检测，当运行电流超上限或突然变化时报警，严重变化时停机，实现电机在线实时检测和保护功能。

（10）整个系统在整体框架性能上具有良好的抗干扰性，可适应井下现场恶劣环境，检测和检修灵活方便。

(11)胶带运输机在现场可设置预警装置，设备启动前几秒发出预警信号，提示提醒行人注意安全和有关操作人员远离设备。

(12)设备正常运行中还可以对电机的各部分温度进行实时检测和分析，当发生温度超上限或突然变化时报警，严重变化时停机，实现电机的在线实时检测和保护功能。

(13)多种流程选择。若在自动启动方式下，可根据现场技术要求选择运输流程，按逆煤流方向起车可防止堆煤，正常停机时，根据胶带速度、以及胶带长度可精确计算出延时时间停车，将皮带上的物料拉空后方可停止胶带机的运行，避免下次压料开机。故障状态下，及时将故障在监测点声光报警，同时将故障点后皮带机停止。

(14)皮带机上可安装的保护系统：如滚筒防滑、煤位、跑偏、温度、烟雾、洒水装置、张紧力等保护，上述所列保护系统必须与整个电控系统有机结合，每个自动保护系统动作均有报警和停车两种功能选择。

三．达到的技术水平和实现的目标

（1）现在皮带机的控制、运行、保护等信息不能较好的与矿井的其它控制系统共享，不能与整个矿井信息系统集成。视屏监控系统不规范，没有语音通讯功能，不能实现无人值守。采用皮带集控系统后可以实现集中控制、可视化和语音通话三位一体的自动化控制系统体系。

（2）立足于高起点、高技术和高质量，将计算机控制系统和工业电视相结合，保证井下主煤流运输系统的连续性和可靠性。由于工业生产过程是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至几年就大修一次，所以这就要求系统具有较高的可靠性。本系统采用进口PLC、防爆控制箱体组成。PLC采用微电子技术，所有I/O接口电路均采用光电隔离措施，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间在电气上隔离。大量的开关动作由无触点的半导体完成，另外还采用了屏蔽和抗干扰措施。它的平均故障间隔时间为3-5万个小时，大大提高了系统的可靠性。

（3）提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。

（4）实现井下主煤流胶带机运输的长距离、多点位信息传输和集中监测监控。具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。

（5）实现井下所有控制分站远程编程。

（6）实现皮带机超速制动控制。皮带机的制动控制系统主要包括控制单元、制动单元、皮带输送机传动系统和信号传感反馈单元。当控制单元得到主控信号；要求液压制动器实施制动，即向皮带输送机传动系统输出一个制动力矩，则控制单元发送一定值得电流与电压信号，然后由信号传感单元反馈加速信号与速度信号到控制单元中，控制单元即可按一定的指标来实现对力矩的调节功能，使皮带

输送机传动系统的制动满足工况要求。

（7）在安全保护方面，为提高皮带运输机的可靠性、安全性、减少故障、提高效率等多种检测方法已用于电动机、液力耦合器、减速器和皮带运行故障检测，但是这些系统是相互的。采用本系统可以利用现有保护传感器，增加、更换必要的传感器，实现胶带机及相关设施的集中控制。

（8）设计皮带机适应工况的快速计算系统。

（9）与工业电视相结合，有机的完成可视化管理的先进理念。 （10）实现皮带机巷道沿线语音广播通话。

四、系统结构

针对矿井下主煤流运输生产系统的特点，提出以下设计方案。 （一）控制设备

根据现场实际分布情况，采用的集控系统结构原理图，如图1所示。利用光纤、电缆组成混合现场总线，实现对矿井下主煤流运输系统及工业电视进行数据传输及控制。

图1 集控系统结构原理图

监测监控系统主要由监控中心，传输线路，控制分站和给煤机、保护传感器信号等构成。

（二）控制系统组成

主煤流运输皮带集中控制系统主要由四部分组成： （1）集中控制中心

控制中心设置在调度指挥控制中心，主要通过计算机和工业电视对胶带运输机监视和集中控制。主要设备和设施包括工业控制计算机、显示器、网络通信、不间断电源和工业电视等。

图2 集中控制操作台

（2）远距离通讯传输系统

工业现场总线由光纤、双绞线、集线器和网络连接器等组成。利用网络结构中的Profibus网络作为井下胶带机控制系统的底层网络，实现胶带机及相关设备的实时控制及信号采集。同时通过网关接入工业以太网，实现和调度指挥中心的控制中心工作站的连接通信，实现远程集中控制。

（3）控制及信号采集装置

井下控制及信号采集装置由两部分组成：主控站作为井下控制部分的通信核心，装置控制核心部分采用德国西门子公司的可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件，完成各PLC分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送；同时，通过外接的显示屏为井下巡检人员提供整个系统的运行工况，必要时可由主控站在井下直接完成对胶带系统的集控。

井下现场部分还包括电气控制箱，外围保护、监测装置等相关设施。

胶带机控制装置结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对胶带机和给煤机的就地、远程控制。由外接的人机界面操作屏，为井下值班或巡检人员提供整个系统的运行工况，必要时可由PLC主控站在井下完成对该胶带机运输系统的集控。

PLC主控站的接入可根据实际情况，多点就近接入工业以太网。

图3 胶带机控制装置

（4）工业电视

通过视频摄像仪，采集现场图像信息，采用光纤通讯介质，上传到集控室，配合工况图可以直观方便对皮带机和给煤机进行控制，进一步提高了系统的可靠性。

本系统主要由工业摄像设备、控制设备、显示设备、传输设备、光缆等组成。主要包括摄像机、监视器、转换器、光纤和控制器等。工业摄像设备采用低照度低噪声矿用本安型光纤摄像仪。

图4 工业摄像装置

（三）控制模式

为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备三种控制模式：就地、远程和自动。操作人员可采用不同方式控制各条胶带机的启动和停止。控制方式有三种:

1.集中控制

在这种方式下，操作人员只需在控制中心操作，控制井下各条胶带机和给煤机的起、停以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布开车提示命令。

2. 就地控制

当日常检修或故障处理以及特殊需要时，操作人员可分别在各条胶带机头通过胶带机自动控制装置控制胶带机的起、停。

3. 控制方式变换

可以通过胶带机自动控制装置手/自动切换开关进行转换，使得二种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。

4. 后部闭锁

具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开，顺煤流停。 5. 启动方式

胶带机采用直接启动方式。 （四）保护功能

符合煤炭安全规程对皮带机保护的六项措施。系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏保护。

①打滑保护

采用霍尔元件作为速度传感器检测胶带输送机速度，如果从动轮运行速度均在50—70％Va﹙Va额定带速﹚，或输送带速小于等于50％Va或速度大于等于

110％Va，经过（5～10）秒的延时，本控制器能自动切断皮带机电源，使皮带机停转，实现速度保护。

②跑偏保护

采用跑偏传感器用于皮带运输跑偏监测和保护，本控制器能自动切断皮带机电源，使皮带机停转，实现跑偏保护。

③堆煤保护

通过煤位传感器对煤仓或煤漏斗的煤位情况进行监控，在满仓或机头堆煤时能自动切断皮带机的电源，实现满煤保护。

④急停保护

每台控制器的控制面板与皮带沿线装有拉线急停开关，用于故障紧急停车保护。

⑤撕裂保护

采用撕裂传感器安装在皮带下方，当皮带发生纵向撕裂故障时，煤落在传感器上面，传感器动作，控制器切断皮带机电源，使皮带机停转。

⑥超温保护

采用温度传感器对皮带机的轴承温度或其它部件温度或周围环境温度进行监控，当监视点温度超过设定值时，本控制器能自动切断皮带机电源，实现超温保护，同时启动洒水装置进行降温。

⑦冒烟保护

当采用烟雾传感器检测到皮带或煤有烟雾产生时，控制器实现停车保护并启动洒水灭尘装置。

⑧自动灭尘灭火洒水

当皮带出现超温或冒烟时，可控制电磁阀开启实现自动洒水灭尘灭火。

五、系统安全性

（1） 完善胶带机及相关设备的保护。采用性能可靠、动作灵敏、故障率低

的控制保护装置，如胶带机自动控制装置核心部分采用可编程控制器（PLC）。

（2） 设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。 （3） 传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。

（4）当接触器接点粘连需停胶带而无法停止时，切断上一级开关。 （5） 就地控制装置设立闭锁开关，便于故障检查、处理时实现闭锁。 （6）在远程控制方式下设立传输故障保护，实现自动停机，防止失控。 （7）设备选型符合矿煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。

（8）因故障查找或处理故障原因，需临时启动胶带时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，一切正常后恢复。

六、设备技术指标

（一）可编程控制器

井下控制及信号采集装置由两部分组成，KXJ0.25/660/380/127矿用隔爆兼本安矿用隔爆兼本安型可编程控制器。该装置控制核心部分采用德国西门子公司生产的 S7-300 可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件。井下现场部分还包括电气控制箱，外围保护、监测装置等相关设施。

胶带机控制装置结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对胶带机和给煤机的就地、远程控制。

本安开路电压： ≤24DV 本安开路电流： ≤280mA

系统容量： 可接32个分站(单网) 开关量输入： 28点，可扩展到56点 模拟量输入： 16路，可扩展到32路 计数量输入： 2路，可扩展到4路 编码量输入： 1路

开关量输出： 16点，可扩展到32点 传输距离： 不小于15km 故障位置识别： 点 电源： 127V/660V 防爆型式： Exd[ib]I （二）传感器 1、堆煤保护

输出触点容量1A，电阻性负载； 延时动作时间0.4～60s； 可调动作角度 6°±1° 2、低速打滑

供电 DC15～24V，工作电流≤100mA； 电流信号：4～20mA（负载电阻≤500Ω） 继电器接点信号：接点容量DC27V、1A

a.运行信号输出：当实际带速≥0.8Vs时，该接点闭合； b.断带保护输出：当连续4s实际速度＜0.3Vs时，该接点闭合；

c.打滑保护输出：当连续15s实际速度＜0.8Vs且>0.3Vs时，该接点闭合； 设定的额定带速：0.8～6m/s。 3、跑偏保护

触点容量 AC220V，5A；

探杆动作转动最大角度大于70°；

双向转动触点动作时探杆转动角度25°（一级），40°（二级）。 4、烟雾保护

供电电源： 本安电源DC12.5～18Ｖ

检测灵敏度： Ⅲ级（烟雾浓度0.1mg/m3响应时间60S） 5、超温洒水保护（温度检测） 测量范围：-5℃～+45℃； 测量精度：±1.0℃工作环境； 相对湿度：≤95％ 。 6、煤位连续测量 量程：0~40m； 输出信号：4~20mA； 精度等级：±10mm； 线性渡：好于0.05%； 测量分辨率：1mm； 频率：6.3GHz。 7、电流：

输入信号AC660/380/220/127/100V； 输出信号电流：4～20mA,最大负载330Ω； 测量精度：1级。 8、电压：

输入信号：AC0～5A电流互感器二次侧电流； 输出信号：电流4～20mA，最大负载330Ω； 测量精度1级。

七、皮带机超速制动系统

皮带机在工作时，由于负载变化、机器设备摩擦阻力受限及顺下山运行等原因，皮带机会超速运行。如果处理不及时，后面的皮带运输量跟不上，会形成堆煤现象，影响通风和安全。

根据项目需要，系统可分为制动系统、离合系统和检测控制系统三大部分。

1、制动系统

制动系统的类别有：（1）工作制动系统，作用是使正在工作中的机械设备减速或在最短的时间内制动；（2）停机制动系统，作用是使已经停止的设备进行制动，这种设备多是带载设备或其中设备；（3）辅助制动系统，作用是在机器设备运行过程中，降低速度或保持速度稳定，但不能将设备停止；（4）应急制动系统，作用是设备制动系统失效的情况下，保证设备仍能实现减速或停车的制动系统。

根据前面的分析，本项目的的制动系统属于辅助制动系统，即保证设备正常运行，使得设备不得超速。

（1）制动器

制动系统按制动器的类型又可以分为摩擦式、液力式和电磁式，后两种由于是非接触式无法将车辆制停，因此只用于辅助制动系统。摩擦式又分为鼓式制动器和盘式制动器，摩擦式是利用固定元件与旋转元件之间的接触摩擦产生制动力矩，同时依靠车轮与地面的附着作

用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。 （a）鼓式制动器

鼓式制动器车上是由制动油泵,活塞,刹车片和鼓室组成,刹车时由制动分泵的高压刹车油推动活塞， 对两片半月形的制动蹄片施加作用力,使其压紧鼓室内壁,靠摩擦力阻止刹车鼓转动从而达到制动效果。

鼓式制动器按张开装置不同又能分为轮缸式制动器、凸轮式制动器和楔式制动器。

①凸轮式制动器

制动时，制动调整臂在制动气室的推杆作用下，带动凸轮轴转动，使得两制动蹄压靠到制动鼓上而制动。由于凸轮轮廓的中心对称性及两蹄结构和安装的轴

对称性，凸轮转动所引起的两蹄上相应点的位移必然相等。这种由轴线固定的凸轮促动的领从蹄式制动器是一种等位移式制动器，制动鼓对制动蹄的摩擦使得领蹄端部力图离开制动凸轮，从蹄端部更加靠紧凸轮。因此，尽管领蹄有助势作用，从蹄有减势作用，但对等位移式制动器而言，正是这一差别使得制动效能高的领蹄的促动力小于制动效能低的从蹄的促动力，从而使得两蹄的制动力矩相等。

②楔式制动器

楔式制动器工作原理：它是利用能轴向移动的楔杆的斜面，代替制动凸轮。在柱塞与楔杆之间，装有两个带架的滚轮，当楔杆向左楔入时，滚轮便沿着柱塞上的斜面滚动，同时把柱塞和制动蹄推开而制动。

（b）盘式制动器

盘式制动器的机构如下图所示。

盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。其固定元件则有着多种结构型式，大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器中有2～4个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，这种制动器称为全盘式制动器。

（c）电涡流缓速

电涡流缓速器的主要元件是与汽车传动系相连的盘状（也有鼓状的）的金属转子和由若干个固定不动的电磁铁组成的定子。二者之间有很小的（0.5—1.5mm）间隙。当有电流通过定子的励线圈时，定子产生磁场。在磁场中旋转的转子内部便产生电涡流，这一电流在磁场中所受到的力是阻碍转子转动的，于是便能产生缓速作用。电涡流缓速器一般用于重型汽车和汽车列车。它具有制动强度较大，且易控制的特点。但由于其工作温度高，因此持续工作能力相对较低。

（d）液力缓速

液力缓速器的主要零件是固定叶轮和旋转叶轮，一般安装在变速器处。当设备需要缓速时，设备通过变速器等带动液力缓速器的旋转。

叶轮转动，固定叶轮通过流动的液体对旋转叶轮产生阻力矩，使设备缓速。虽然在液力缓速器相对电涡流缓速器来说，在价格上相对较高，但随着国产液力缓速器的技术成熟，价格差距将不再明显。液力缓速器能以较小的质量提供大的制动力矩，而且持续制动能力强大，维护简单成本低，是发展的趋势。

根据以上分析，确定液力缓速方案。 2、离合系统

皮带机在正常运转时，液压缓速不能起作用，在超速时才接入系统，故需要离合器进行连接。这种离合器应该具有无人操作而自动接入的功能，故需要和电子系统配合完成。根据离合器的结构，离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力离合器四种

电磁离合器

靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。

电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。

电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。

干式单片电磁离合器：线圈通电时产生磁力吸合“衔铁”片，离合器处于接合状态；线圈断电时“衔铁”弹回，离合器处于分离状态。

干式多片、湿式多片电磁离合器：原理同上，另外增加几个摩擦付，同等体积转矩比干式单片电磁离合器大，湿式多片电磁离合器工作时必须有油液或其它冷却液冷却。

磁粉离合器

在主动与从动件之间放置磁粉，不通电时磁粉处于松散状态，通电时磁粉结合，主动件与从动件同时转动。优点：可通过调节电流来调节转矩，允许较大滑差。缺点：较大滑差时温升较大，相对价格高。

转差式电磁离合器：离合器工作时，主、从部分必须存在某一转速差才有转矩传递。转矩大小取决于磁场强度和转速差。励磁电流保持不变，转速随转矩增加而剧烈下降；转矩保持不变，励磁电流减少，转速减少得更加严重。

转差式电磁离合器由于主、从动部件间无任何机械连接，无磨损消耗，无磁粉泄漏，无冲击，调整励磁电流可以改变转速，作无级变速器使用，这是它的优点。该离合器的主要缺点是转子中的涡流会产生热量，该热量与转速差成正比。低速运转时的效率很低，效率值为主、从动轴的转速比，即η=n2/n1。

适用于高频动作的机械传动系统，可在主动部分运转的情况下，使从动部分与主动部分结合或分离。

主动件与从动件之间处于分离状态时，主动件转动，从动件静止；主动件与从动件之间处于接合状态，主动间带去从动件转动。

广泛适用于机床、包装、印刷、纺织、轻工、及办公设备中。

电磁离合器一般用于环境温度－20—50℃，湿度小于85%，无爆炸危险的介质中，其线圈电压波动不超过额定电压的±5%。

摩擦离合器

摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保

证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。 在分离过程中，踩下离合器踏板，在自由行程内首先消除离合器的自由间隙，然后在工作行程内产生分离间隙，离合器分离。在接合过程中，逐渐松开离合器踏板，压盘在压紧弹簧的作用下向前移动，首先消除分离间隙，并在压盘、从动盘和飞轮工作表面上作用足够的压紧力；之后分离轴承在复位弹簧的作用下向后移动，产生自由间隙，离合器接合。

液力离合器

液力离合器用流体（一般用油）作传动介质，与机械式离合器相比，除传动特性有各种变化以外，还主要吸收因主动轴和从动轴转动而产生的振动和冲击。

液力离合器的结构包括一个输入轴，具有一个增速齿轮系；一个工作液流腔，由一个叶轮、一个从动轮和一个叶轮壳构成；一个输出轴，带有从动轮，并且从动轮与叶轮可以操作地组合在一起；一般叶轮壳和叶轮由具有小比重和大应力承受范围的材料构成，以减小离心应力。

根据以上分析，为便于控制和煤矿使用安全，选用湿式电磁离合器。 八、皮带机适应工况的快速计算系统设计