煤礦無極繩絞車變頻調速技術應用

文/萬道偉，丁集煤礦運輸區(qū)

1 引言

煤礦運輸系統(tǒng)是煤礦生產至關重要的環(huán)節(jié)，直接關系到煤礦生產效率、自動化水平、綜合成本等，而做為煤礦輔助運輸?shù)恼{度絞車運輸，長期以來是輔助運輸?shù)闹饕侄危@種運輸方式不僅安全系數(shù)低、生產效率差、同時綜合管理成本高，是安全管理的難點，一直是整個運輸系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，究其原因除了煤礦井下運輸?shù)膹碗s性外，更重要的是設備及方式的落后。近年來無極繩絞車、單軌吊等運輸新技術得以飛速的發(fā)展和推廣，其中無極繩絞車以其提升能力大、適應型強、操控簡單、安全系數(shù)高等優(yōu)越的性能深受歡迎。新的運輸方式結束了傳統(tǒng)一巷道，一采區(qū)多部絞車連續(xù)接替運輸?shù)臍v史，節(jié)省大量的人力、物力及風險成本，提高了煤礦的生產效率。煤礦生產及運輸系統(tǒng)的復雜性決定煤礦運輸?shù)奶攸c，井下機電設備除了應該具備的過流、過壓、欠壓、短路、過載、斷相等電氣保護功能外，無極繩絞車還必須能實現(xiàn)正反轉、時時加減速、平穩(wěn)停車、平穩(wěn)起車、定點停車、防過卷、過速、防掉道等保護?，F(xiàn)有的電磁真空啟動器全壓直啟及機械制動控制方式啟停車平穩(wěn)性差，特別是大噸位液壓支架整架運輸時，速度突變形成的沖擊特別容易造成車輛掉道，同時在過特殊地段時，不能調節(jié)其速度，點動調車控制性差，故可靠的絞車調速控制需求迫在眉睫。

2 無極繩絞車變頻調速控制系統(tǒng)的組成

無極繩絞車的運行控制，目前完全是由特定的操作人員根據(jù)實際要求進行操作控制的，所以操作控制臺是必須的，操作控制臺相當于一個人機對話系統(tǒng)，操作人員根據(jù)操作臺上反映的實時信息作出恰當?shù)牟僮鳌２僮髋_上的信息由外圍傳感器、執(zhí)行器、供配電設備(饋電開關、閘電機、照明綜保等)、聯(lián)絡系統(tǒng)(預告系統(tǒng)、打點裝置或漏泄系統(tǒng)等)、變頻調速控制器等設備通過各種方式提供相關信息。

由于外圍設備多，有的外圍設備提供的信息在形式（接點容量、電壓等級、電流大小等)上不能直接與變頻調速控制器聯(lián)系，即使形式上完全兼容，因為外同設備多，不能將所有設備一一接入變頻調速控制器中去，并且煤礦是一個特殊行業(yè)，需要進行安全隔離或本安化處理。另外，絞車的運行需要專門的操作人員來操作控制?；谝陨显?，采用本安型操作控制臺：①匯接包括變頻調速控制器在內所有設備信息集中在一起；②對部分外圍設備提供的電氣信號或參數(shù)進行集中處理；③提供一個人機界面，將各種有用信息或參數(shù)顯示在操作臺上，同時配置操作機構，讓操作人員根據(jù)實際需要進行恰當操作控制。

考慮變頻調速控制器在滿載運行時本身產生的諧波成分，這對于操作控制臺的抗干擾能力提出較高的要求，一般選用抗干擾能力強的工業(yè)級PLC作為控制及信息處理核心單元。由于各種傳感器、執(zhí)行器、變頻調速控制器及相關配電輔助設備的所有電氣參數(shù)均要匯集到控制臺，所以要求PLC有模擬量接口、開關量無源節(jié)點、通信接口。位置傳感器主要防止絞車過卷(機頭、機尾)，它提供信號給操作控制臼，以便實現(xiàn)緊急停車，以防止過卷：速度傳感器以脈沖輸出。

3 變頻調速的實現(xiàn)方法

變頻調速控制器對外電氣接口多種多樣：有接點信號、模擬量信號、通信方式，而且都是雙向的，即接點信號既可以向外提供，變頻調速控制器本身也可以檢測外圍設備輸入的無源接點信號：模擬量信號同樣如此，一般有2種形式：0～5(10） V電壓信號，0(4)～20 A電流信號；通信方式因不同廠家或同一廠家不同型號產品而通信協(xié)議各不相同。

3.1 起、停和正、反轉控制

對于變頻調速控制器起、停和正、反轉控制容易實現(xiàn)。一般變頻調速控制器的起、停和正、反轉控制有3種：面板控制、通信控制、無源接點控制。變頻調速控制器的面板是由變頻調速控制器內部供電，面板與變頻調速控制器之間同樣通過通信方式來完成，通信距離受通信方式限制，所以實現(xiàn)起來成本比較高。由于變頻調速控制器本身產生的電磁干擾比較大：其次不同廠家或同一廠家不同型號產品的通信方式各不相同：而煤礦井下是一種特殊環(huán)境，所有電氣產品進入必須取得防爆合格證和煤安證，一旦取得兩證后產品必須按送審樣機加T生產。

3.2 速度調節(jié)控制

關鍵問題是如何控制變頻調速控制器的速度，絞車在運行過程中會根據(jù)負載情況、運行方向、位置等不同，要求絞車運行速度可能相應改變。對于速度控制，一般變頻調速控制器也有3種控制方式：通信、接點、模擬量等。

接點控制只能進行分段實現(xiàn)，即根據(jù)接點位的多少，將變頻調速控制器的運行速度分成幾段：比如有兩位接點，速度可分成4段，三位接點，速度可分成8段.......依次類推，由于變頻調速控制器的接點數(shù)不可能無限多，所以在控制變頻調速控制器速度時無法實現(xiàn)連續(xù)控制：

模擬量方式：在操作臺上設置一個操作桿。操作桿可以在一定范圍內移動，操作桿內置電位器，通過操作操作桿改變電位器的阻值：將變頻調速控制器的電壓控制速度的模擬量信號接人操作桿內置電位器的三端。規(guī)定操作桿移動的方向，這樣，操作桿處于不同的位置，電位器中間抽頭的輸出不同的電壓值，從而在變頻調速控制器的速度給定端子上得到連續(xù)變化的電壓信號，達到控制變頻調速控制器速度的目的。當然要注意電氣上的隔離。但這種方式一是可能受到距離的限制：二是安全性能不高。

采用通信方式即可解決速度控制問題，同時，對變頻調速控制器的起、停和正、反轉控制等所有要求控制的內容均可全部文現(xiàn)，這樣減少了變頻調速控制器與操作控制臺之間的連接電纜，既降低系統(tǒng)成本。又處理好通信的抗十擾問題，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4 結束語

隨著煤礦現(xiàn)代化水平越來越高，生產規(guī)模也越來越大，運輸量急劇增加，除了帶式輸送機作為煤礦井下主要的運輸設備之外，膠輪車、無極繩絞車、猴車等多種輔助運輸設備也逐年增加。將變頻調速控制器運用于煤礦無極繩絞車控制系統(tǒng)之中，由于變頻調速控制器有很好的調速性能，充分發(fā)揮其性能對于提高煤礦輔助運輸系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性及成本控制都有極大好處。