煤礦架空乘人裝置變頻改造研究

梁 宇

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦， 山西 孝義 032306）

引言

架空乘人裝置擔負著礦井水平或傾斜巷道連續(xù)運送職工任務，該裝置的存在減少了職工入井時間，節(jié)省了體力，提高了提升系統(tǒng)的安全性[1-3]。在此基礎上，怎么能夠降低乘人裝置的能耗，實現(xiàn)自動化控制和經(jīng)濟運行是值得思考的問題。隨著煤礦機電設備自動化程度的提高，綜采和掘進設備都有了質(zhì)的提高，PLC控制和變頻器在煤礦的普遍使用也為乘人裝置的改造提供了技術支持。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

架空裝置屬于無級繩運輸系統(tǒng)，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、線路部分、尾輪和張緊部分、電控系統(tǒng)、安全保護裝置組成[4]。

乘人裝置機械部分功能實現(xiàn)由電動機和減速機帶動摩擦輪作為驅(qū)動，輸出動力；驅(qū)動輪、托繩輪及壓繩輪之間的鋼絲繩作為座椅和人員的牽引和承載，作為線路做巷道內(nèi)循環(huán)運動；張緊裝置保證乘人裝置在運行中的撓度和張力[5]。架空乘人裝置示意圖如圖1：

圖1 架空乘人裝置示意圖

乘人裝置電控系統(tǒng)一般由調(diào)速、控制和信號保護三部分組成，具有盤式制動和斷繩抓捕裝置，具有語音通訊功能，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的過速、防滑保護，電機失壓、短路、過載保護，減速器油溫油位保護等各類保護的綜合檢測和保護實現(xiàn)[6]。系統(tǒng)圖如圖2：

圖2 電控系統(tǒng)圖

2 架空乘人裝置變頻改造的實現(xiàn)

2.1 架空乘人裝置概況

汾西礦業(yè)集團高陽煤礦行人斜井使用的架空乘人裝置為揚州市百思特機械設備有限公司生產(chǎn)的RJY55-16/1450型架空乘人裝置，巷道總長802 m，巷道最大坡度16°，驅(qū)動電機功率55 kW，運輸速度為1.2 m/s，運輸效率360人/h，吊椅間距10 m，屬于大功率設備?，F(xiàn)有架空乘人系統(tǒng)具有人機界面，實時顯示設備的運行狀態(tài)、運行速度，當設備（或系統(tǒng)）發(fā)生故障時，給出相應的故障文字提示。

2.2 現(xiàn)有架空乘人裝置缺點

行人斜井猴車運行狀態(tài)為全天恒轉速運行，長時間運行功率損耗較大，造成電能的浪費；長時間運行造成電機過熱嚴重，使用壽命縮短；設備長時間運行引發(fā)各類故障增多，鋼絲繩磨損大更換率高；設備使用軟啟動控制開停，長期頻繁人工啟停加大了設備損害程度，同時軟啟動控制猴車也將乘坐的平穩(wěn)性大大降低。

2.3 變頻改造目標

通過對架空乘人裝置的變頻改造，實現(xiàn)架空乘人系統(tǒng)的PLC控制與變頻控制的綜合應用，增加系統(tǒng)先進性和安全性的同時，充分的節(jié)能降耗，達到綠色開采的要求。改造目標：通過對系統(tǒng)的改造，使得架空乘人系統(tǒng)實現(xiàn)自主在乘人高峰期正常運轉，乘人低谷期低速運行，在夜間無人乘車時停止運行并在有人乘坐情況下自動啟動的功能。改造后能夠增強架空乘人系統(tǒng)的各類保護功能，并能夠改善啟動、制動的平穩(wěn)性，減少了設備的維護量，減少人工投入。

2.4 主要研究試驗內(nèi)容

硬件設計包括：控制系統(tǒng)選用西門子系列的PLC，S7-200的CPU選擇40個I/0點（24入/16出）的226型號，另外擴展了1個EM235（4入/1出）和2個EM231（4入）模擬量模塊。對乘人裝置的各項保護檢測所用傳感器與PLC進行匹配和兼容性試驗。變頻器選用二象限運行變頻器對乘人裝置電機進行調(diào)速控制[7-8]。保護用傳感器包括本安測速傳感器、重錘、油缸限位保護、張緊力測量傳感器、系統(tǒng)油位檢測、減速器油溫檢測傳感器、防偏擺檢測、機頭、機尾乘人越位檢測等。軟件設計主要進行系統(tǒng)運行程序編寫與成套設備兼容性試驗和匹配。通過變頻改造實現(xiàn)了高陽礦斜井架空裝置所有保護動作可靠迅速，工頻變頻按照需求切換自如的功能，實現(xiàn)架空乘人裝置的安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)流程圖如圖3：

3 結語

架空乘人裝置變頻改造使煤礦提升系統(tǒng)取得了很好的效益。礦井提升運輸系統(tǒng)得到了更具先進性的性能提高，保障了礦工出入井的順利和安全，自動控制運行減少了井下人工的投入。在經(jīng)濟運行方面，乘人裝置使用55 kW電機，06：00—24：00這段時間其中有9 h處于低頻運行，低頻按25 Hz計算，每月可節(jié)省電費約 5 000 元；24：00—06：00 其中有 4 h處于停止運行情況，每月節(jié)約電費約7 000元，每年共計節(jié)約電費約14萬元，另一方面減少猴車鋼絲繩的磨損和更換鋼絲繩所需費用。

圖3 系統(tǒng)程序路程圖