架空乘人裝置節(jié)能控制裝置的分析

張海軍

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

架空乘人裝置主要用于礦井斜巷、平巷運(yùn)送人員，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)上的摩擦輪驅(qū)動(dòng)，采用架空的無(wú)極循環(huán)鋼絲繩作為牽引承載。鋼絲繩主要靠尾部張緊裝置進(jìn)行張緊，沿途依托繩輪支撐，以維持鋼絲繩在托輪間的饒度和張力，抱索器將乘人吊椅與鋼絲繩連接并隨之做循環(huán)運(yùn)行從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)送人員的目的，是煤礦上常用的人員輸送設(shè)備。為了確保架空乘人裝置在滿(mǎn)載工況下的穩(wěn)定運(yùn)輸需求，其均采用了大功率電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中架空乘人裝置多數(shù)情況下均是輕載運(yùn)行，但電機(jī)保持恒功率輸出，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，不利于煤礦生產(chǎn)企業(yè)的節(jié)能降耗[1]。本文通過(guò)對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行全過(guò)程進(jìn)行分析后，提出了一種智能控制的架空乘人裝置節(jié)能控制裝置，其采用專(zhuān)門(mén)的傳感器設(shè)備，能夠?qū)芸粘巳搜b置上人員的分布情況進(jìn)行分析，自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸送功率和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該節(jié)能控制裝置能夠極大提升架空乘人裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)該系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程控制能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保設(shè)備的運(yùn)行安全性，對(duì)提升煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有一定的作用。

1 架空乘人裝置節(jié)能控制裝置結(jié)構(gòu)

架空乘人裝置節(jié)能控制裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。由圖1 可知，其主要包括了一系列的傳感器設(shè)備，用于對(duì)架空乘人裝置上的人員情況和電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，PLC 控制裝置作為架空乘人裝置的控制核心，用于根據(jù)各傳感器設(shè)備的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)該控制裝置還具備過(guò)載保護(hù)、斷電急停、閉鎖保護(hù)等，利用優(yōu)化的運(yùn)行控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行控制。

該架空乘人裝置控制裝置的控制核心在于，傳感器設(shè)備自動(dòng)對(duì)架空乘人裝置上的人員分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有人乘坐時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)架空乘人裝置將人員集中到設(shè)備的端部或者尾部，特別在下行的過(guò)程中會(huì)將人員集中在端部，最大限度地利用設(shè)備和人員的重力勢(shì)能[3]，滿(mǎn)足節(jié)能控制需求。當(dāng)系統(tǒng)的傳感器設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（約3 min）未監(jiān)控到有人時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)停止信號(hào)，暫停架空乘人裝置的運(yùn)行，為了防止誤判斷，在架空乘人裝置時(shí)設(shè)置人工啟動(dòng)器，滿(mǎn)足特殊情況下人員的控制需求，確保架空乘人裝置的運(yùn)行安全。

為了提升該節(jié)能控制裝置在正常運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)能運(yùn)行，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了一個(gè)變頻器設(shè)備，PLC 控制裝置內(nèi)設(shè)置了不同人員數(shù)量和分布情況下的架空乘人裝置運(yùn)行控制邏輯，能夠根據(jù)不同的工況控制變頻器輸出不同的變頻電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率的靈活調(diào)整，極大提升了架空乘人裝置在不同工況下的適應(yīng)性。

2 節(jié)能控制裝置硬件結(jié)構(gòu)

該節(jié)能控制裝置需要長(zhǎng)期在煤礦井下惡劣的工況下運(yùn)行，因此對(duì)控制裝置硬件結(jié)構(gòu)的可靠性和靈敏性要求極高，特別是變頻器設(shè)備，其工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)節(jié)能控制裝置工作的有效性，因此在進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要綜合考慮井下的高濕、高塵、高電磁干擾和耗能等因素。通過(guò)對(duì)

多種變頻器和控制器設(shè)備的分析，最終選取了

FR-D700 型變頻器[4]設(shè)備和PLC 控制器，在變頻器和PLC 控制器的外側(cè)設(shè)置了防爆外殼，滿(mǎn)足煤礦井下的防爆要求。同時(shí)由于井下存在較高的電磁干擾，因此在選擇數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)電纜時(shí)應(yīng)該選取具有雙屏蔽防護(hù)層的電纜設(shè)備，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，節(jié)能控制裝置的接線示意圖如圖2所示[5]。

圖2 節(jié)能控制裝置接線示意圖

如圖2 所示，該硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)，采用了扁平直線式的綜合控制模式，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理及時(shí)，能夠滿(mǎn)足對(duì)架空乘人裝置快速靈活控制的需求，但是缺點(diǎn)是各處按鈕均通過(guò)一個(gè)連接電纜控制，當(dāng)出現(xiàn)故障或者接觸不良時(shí)易導(dǎo)致人工現(xiàn)場(chǎng)控制的失靈，但考慮到該節(jié)能控制裝置具有遠(yuǎn)程控制、緊急制動(dòng)等保護(hù)措施，因此對(duì)于其缺點(diǎn)可忽略。

3 結(jié)論

針對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行過(guò)程中能耗高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性低的缺陷，提出了一種架空乘人節(jié)能控制裝置，該控制裝置以變頻器和PLC 控制裝置為核心，采用大量傳感器設(shè)備對(duì)架空乘人裝置上的人員分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)選擇相應(yīng)的控制運(yùn)行程序，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率，滿(mǎn)足不同工況下節(jié)能運(yùn)行的需求，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）傳感器設(shè)備自動(dòng)對(duì)架空乘人裝置上的人員分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有人乘坐時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，在下行的過(guò)程中會(huì)將人員集中在端部，最大限度地利用設(shè)備和人員的重力勢(shì)能，滿(mǎn)足節(jié)能控制需求。

2）當(dāng)系統(tǒng)的傳感器設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（約3 min）未監(jiān)控到有人時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)停止信號(hào)，暫停架空乘人裝置的運(yùn)行，滿(mǎn)足節(jié)能控制需求。

3）PLC 控制裝置內(nèi)設(shè)置了不同人員數(shù)量和分布情況下的架空乘人裝置運(yùn)行控制邏輯，能夠根據(jù)不同的工況控制變頻器輸出不同的變頻電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率的靈活調(diào)整。