變頻控制系統(tǒng)在礦用無極繩絞車中的應(yīng)用

申 濤

（山西潞安工程有限公司，山西 長治 046100）

礦用無極繩牽引絞車是煤礦輔助運輸系統(tǒng)中的重要運輸設(shè)備，在長距離、大傾角、多變坡、大噸位運輸情況下應(yīng)用非常廣泛，對于液壓整體支架的運輸具有較好的運輸效果。當(dāng)前潞安集團(tuán)常村煤礦110kW無極繩絞車的電機(jī)仍然采用直啟或可控硅降壓軟啟等啟動方式，從多年來的實踐結(jié)果來看以往的啟動方式無法滿足無極繩絞車大負(fù)荷變速控制的應(yīng)用，因此必須對可控硅降壓軟啟進(jìn)行變頻控制系統(tǒng)的改造。

1 變頻控制系統(tǒng)的組成及原理

無極繩絞車變頻控制系統(tǒng)的組成見圖1所示，主要由操作臺、變頻器、速度傳感器、信號基臺、信號急?？刂葡洹⑦^卷開關(guān)等組成。

操作臺對變頻器、傳感器、漏泄系統(tǒng)、打點系統(tǒng)的狀態(tài)信號進(jìn)行采集和處理，根據(jù)相應(yīng)的采集信息來對變頻器進(jìn)行功能指令，實現(xiàn)對無極繩絞車的啟停、換向、調(diào)速、抱閘等動作。

2 變頻控制系統(tǒng)的功能分析

該變頻控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)控制、保護(hù)、顯示、語音提示、應(yīng)急運行的功能?？刂乒δ埽鹤冾l控制系統(tǒng)能實現(xiàn)無極繩絞車的啟停、急?？刂?，輕載、重載控制，變頻調(diào)速控制及上行、下行控制。保護(hù)功能：變頻控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)無極繩絞車發(fā)生運行故障后能立即停止運行。顯示功能：變頻控制系統(tǒng)提供全面、直觀的雙重顯示功能，工作人員可以及時地了解和掌握設(shè)備的運行狀態(tài)以及運行軌跡。語音提示功能：變頻控制系統(tǒng)根據(jù)事前設(shè)置的程序，當(dāng)無極繩絞車運行在井下的危險位置時，可以自動發(fā)出相應(yīng)的安全語音提示信號，及時地提醒絞車操作人員進(jìn)行速度控制。應(yīng)急運行功能：當(dāng)設(shè)備運行出現(xiàn)故障后，變頻控制系統(tǒng)可根據(jù)應(yīng)用運行功能，通過直接控制磁力啟動器來實現(xiàn)絞車的啟停及正反轉(zhuǎn)，保障無極繩絞車的連續(xù)工作。

3 變頻控制系統(tǒng)在無極繩絞車中的改造分析

3.1 改造過程分析

能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)、停止及各項保護(hù)，多段速調(diào)節(jié)是梭車運行的主要目的。變頻器是將660V交流電整流成直流電，再將直流電逆變成可調(diào)節(jié)的交流電，其中需要先完成整流側(cè)的“使能”，再對逆變側(cè)進(jìn)行“使能”，這樣變頻器才可以開始工作。根據(jù)以上幾個主要要求進(jìn)行了以下改造：

（1）變頻器整流側(cè)的使能。將變頻器RGN使能JX1.2端子與變頻器+24V整流側(cè)公共端JX1.4端子直聯(lián)，讓變頻器主回路得電后，變頻器整流側(cè)直接使能。

（2）變頻器逆變側(cè)的使能。為保證梭車既能在啟動時逆變側(cè)能使能，也要讓梭車在停止后變頻器逆變側(cè)使能斷開，應(yīng)將變頻器使能回路端子JX1.6與JX2.4并聯(lián)在梭車正轉(zhuǎn)KA4與反轉(zhuǎn)KA5的常開接點上，這樣按正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鈕時KA4或KA5吸合，變頻器逆變側(cè)都能進(jìn)行使能，按停止按鈕時KA4或KA5斷開，變頻器逆變側(cè)使能也隨之?dāng)嚅_。

（3）梭車的正轉(zhuǎn)。將變頻器正向運行回路端子JX1.5與JX2.4并聯(lián)到控制箱內(nèi)正轉(zhuǎn)繼電器KA4的常開點9#與10#端子。按下正轉(zhuǎn)按鈕KA4吸合，KA4常閉點9與10閉合，此時變頻器正向運行回路端子JX1.5與JX2.4接通，梭車開始正轉(zhuǎn)。

（4）梭車的反轉(zhuǎn)。將變頻器反向運行回路端子JX1.8與JX2.4并聯(lián)到控制箱內(nèi)反轉(zhuǎn)繼電器KA5的常開點11#與12#端子。按下反轉(zhuǎn)按鈕KA5吸合，KA5常閉點11#與12#閉合，此時變頻器反向運行回路端子JX1.8與JX2.4接通，梭車開始反轉(zhuǎn)。

（5）梭車的停止。由PLC控制箱本身的程序控制正、反轉(zhuǎn)繼電器的斷開來實現(xiàn)停車。按下停止按鈕，KA4或KA5斷開，KA4與KA5已閉合的常開點斷開，與其并聯(lián)的變頻器逆變側(cè)使能回路端子JX1.6與JX2.4也隨之?dāng)嚅_，變頻器逆變側(cè)使能結(jié)束，梭車停止運行。

圖1 變頻控制系統(tǒng)的組成示意圖

為使梭車可靠運行，又在觸摸屏上接入對變頻器整流側(cè)故障及逆變側(cè)故障的復(fù)位，設(shè)置了多段速，能讓棱車在三種不同的速度下運行。另外，還在機(jī)頭與機(jī)尾設(shè)置了過卷等保護(hù)。

3.2 變頻器、電抗器及電動機(jī)的主回路接線圖

變頻器、電抗器及電動機(jī)接線圖如圖2所示。

圖2 變頻器、電抗器及電動機(jī)接線圖

PLC主機(jī)箱、觸摸屏及變頻器接線圖如圖3所示。

圖3 PLC主機(jī)箱、觸摸屏及變頻器接線圖

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

變頻器沒有配備配套的操作臺，所以不能直接控制變頻器，而變頻器與PLC控制箱不是成套設(shè)備，故程序已經(jīng)做好的PLC控制箱外接點無法直接與淮南萬泰的變頻器進(jìn)行連接。因此，如果不對電控接線進(jìn)行改造，兩套設(shè)備是不能夠直接配合工作的。此工作的關(guān)鍵技術(shù)在于：如何在沒有配備變頻器操作臺的情況下，將不是成套設(shè)備的變頻器與PLC控制箱連接，使整部梭車能實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速、變頻器使能、故障復(fù)位閘電機(jī)啟停以及故障返回等各項功能。創(chuàng)新點在于故障點的返回與多段速的選擇。將變頻器故障點返回加入控制箱，提高了設(shè)備的安全穩(wěn)定性。多段速的選擇給梭車提供了三種速度，司機(jī)可以根據(jù)梭車的載重量及梭車路的上下坡、彎道等各種情況來調(diào)節(jié)梭車的運行速度。

5 現(xiàn)場實踐應(yīng)用及效果分析

常村煤礦8103工作面巷道設(shè)計長度為1400m，上坡坡度為7～13°，當(dāng)前該工作面有一部ZZ9900/29.5/50型高端液壓支架需要整體搬遷，該支架重32t。經(jīng)技術(shù)分析，公司決定采用110kW無極繩絞車配合變頻控制系統(tǒng)來實現(xiàn)該液壓支架的搬遷工作。

32t高端液壓支架運輸方案設(shè)計：在無極繩絞車運送液壓支架過程中，將無極繩絞車變頻控制系統(tǒng)的操作臺設(shè)定在重載模式下，此時電動機(jī)頻率為30Hz，運行速度為0.5m/s，工作人員現(xiàn)場根據(jù)無極繩絞車運行實況操作手柄調(diào)節(jié)絞車的運行速度。在變頻系統(tǒng)的控制下，該無極繩絞車的啟動過程平穩(wěn)，運行過程平穩(wěn)，在上坡、下坡、彎道等節(jié)點位置，絞車在變頻系統(tǒng)的控制下能實現(xiàn)自動減速，保證絞車的安全穩(wěn)定通過。從運輸現(xiàn)場的情況來看，絞車在運輸過程中可以實現(xiàn)泄漏通信急停、打點急停、過卷保護(hù)等多種行動措施，可以有效保障絞車及運輸設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。絞車在空車轉(zhuǎn)臺下，變頻控制系統(tǒng)的操作臺設(shè)定在輕載模式下，此時電動機(jī)頻率為50Hz，運行速度為1m/s，可有效地提高絞車在空車狀態(tài)下的運行速度，提高運輸效率。

本次采用變頻系統(tǒng)控制無極繩絞車運送液壓支架的作業(yè)效果理想，ZZ9900/29.5/50型液壓支架的運行作業(yè)僅用25d就完成了126個液壓支架的整體搬遷。變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用保障了無極繩絞車的運行安全，有效地提高了運輸系統(tǒng)的效率。