【摘 要】本文主要介紹了絞車變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及組成，分析了該系統(tǒng)的故障保護模式，簡要闡述了設(shè)備引起的故障原因及處理方法。該系統(tǒng)為斜巷的安全提升提供了可靠的設(shè)備保障。

【關(guān)鍵詞】絞車；變頻調(diào)速系統(tǒng)；故障處理

礦井下絞車從電控系統(tǒng)上分主要有以下幾種絞車：（1）沒有控制系統(tǒng)的絞車：這類絞車作為主提升已經(jīng)很少用了，主要用于55kW以下的小功率調(diào)度絞車和臨時提升物料絞車。（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的絞車電控系統(tǒng)（俗稱電絞車）：這類絞車存在失爆、安全隱患大、調(diào)速精度低、占用空間大等諸多缺陷。（3）防爆液壓絞車：此類絞車雖可實現(xiàn)無極調(diào)速，但傳動效率較低、故障率較高。為解決以上控制系統(tǒng)存在的問題或缺陷，出現(xiàn)了以全數(shù)字防爆四象限變頻器為主要控制系統(tǒng)的變頻絞車。

一、全數(shù)字防爆四象限變頻絞車

全數(shù)字防爆四象限變頻器為主要控制系統(tǒng)的變頻絞車具體優(yōu)點如下：（1）調(diào)速精度高、范圍廣：調(diào)速精度不低于0.5%，調(diào)速范圍為0.3m/s—額度轉(zhuǎn)速。（2）雙線制保護：由于采用1條硬件安全電路和2條軟件安全電路互相冗余，使得系統(tǒng)更加安全可靠。（3）雙線制控制：正常開車時，采用雙PLC系統(tǒng)相互監(jiān)視，相互冗余。當其中一個PLC系統(tǒng)發(fā)生故障時；另一個PLC系統(tǒng)仍可投入進行應急開車，最大程度地給用戶減少損失。（4）操作簡便：司機操作簡單，可實現(xiàn)自動控制，安全性大大提高。（5）節(jié)能效果明顯：系統(tǒng)將再生能量通過四象限變頻調(diào)速裝置回饋電網(wǎng)，真正實現(xiàn)反饋制動。

二、變頻絞車的工作原理

（1）異步電動機的轉(zhuǎn)速。異步電動機的轉(zhuǎn)速：n= ns（1-s）=60f（1-s）/p式中，n為電動機轉(zhuǎn)速（r/min）；ns為同步轉(zhuǎn)速（r/min）；f為電源頻率（Hz）；p為電動機磁極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。電動機的極對數(shù)出廠后就不會改變，而調(diào)節(jié)電動機的電源頻率即可達到調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速的目的。（2）“交—直—交”變頻器。變頻器就是一個可以任意改變頻率的交流電源。“交—直—交”變頻器首先通過三相全波整流將交流電源整流成直流，然后通過開關(guān)元件將直流逆變成交流，實現(xiàn)對輸出電源的頻率控制。由于變頻器對電動機的頻率可隨意控制，既而可以實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，同時對電動機的負力運行、電氣制動、動力制動以及實現(xiàn)二級制動等方面均能通過PLC程序及控制元件來實現(xiàn)。（3）系統(tǒng)構(gòu)成。防爆四象限變頻絞車電控系統(tǒng)是采用四象限變頻調(diào)速裝置的拖動系統(tǒng)和基于雙線制控制的采用雙PLC的控制系統(tǒng)及相關(guān)傳感器構(gòu)成。第一，傳動系統(tǒng)。一是防爆四象限變頻調(diào)速裝置：就唐山開城生產(chǎn)的ZHT-30隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置為例，它采用了“交-直-交”無速度傳感器矢量控制技術(shù)，具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速性能好的特點，同時具有功能豐富可靠、調(diào)速靈活方便、抗干擾能力強和使用壽命長等優(yōu)點。當提升機負力運行時，變頻器能自動向供電電網(wǎng)發(fā)電，使電動機處于發(fā)電反饋制動狀態(tài)工作，改善了下放操作的調(diào)整性能，大大提高了下放操作時的安全性能，同時還為用戶節(jié)省了大量的電能。二是防爆輸入電抗器箱：防爆輸入電抗箱主要功能是提高直流母線電壓，改變相位角，通過變頻器的AFE技術(shù)使得輸入電流與網(wǎng)側(cè)電壓成同相位，使功率因數(shù)接近于1，濾出高次諧波，減少對電網(wǎng)的污染。第二，控制系統(tǒng)。一是PLC防爆控制箱：主要由2臺PLC、繼電器、開關(guān)電源等組成。主要功能為：構(gòu)成控制電路和保護電路；實現(xiàn)控制信號與故障信號的隔離與轉(zhuǎn)換；形成一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，三者相互冗余與連鎖；完成工作閘、安全閘的控制；構(gòu)成應急操作回路；完成二級制動控制。二是本安操作指示臺：操作臺主要包含顯示儀表、主令手柄、制動手柄、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈、數(shù)字深度指示器（含粗顯、精顯），可對絞車的運行狀態(tài)、故障信號、過程變量等進行顯示和報警。對絞車進行各種操作和控制。三是本安軸計數(shù)器（軸編碼器）：分別采集兩個不同的傳動軸的運行參數(shù)，分別由兩個PLC 根據(jù)各自采集的軸的運行參數(shù)計算兩個軸的運行速度以及提升容器的當前深度，以形成系統(tǒng)的各種保護。

三、主要保護

該系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開，另外兩條也同時斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器、分開制動油泵，斷開安全閥和KT線圈，進行緊急制動。（1）立即安全制動故障保護：此類故障保護綜合在硬件安全電路中，安全電路有急停故障時釋放。一旦安全電路釋放，就會立即封鎖變頻器，跳制動油泵，并控制液壓電磁閥實施安全制動，包安全閘。主要安全制動故障保護有：傳動系統(tǒng)故障、過卷故障、超速故障、手動急停故障、液壓制動系統(tǒng)故障、錯向、軸編碼器斷線、松繩故障、具備減速功能保護故障裝置。（2）先電氣制動、后安全制動故障保護：這類故障發(fā)生后，傳動系統(tǒng)會自動進行減速，當速度減到爬行速度時會立即轉(zhuǎn)入緊急制動。這類故障保護主要有：事故停車、閘瓦磨損保護、閘間隙保護等。（3）完成本次開車后、不允許再次開車故障保護：開車前如出現(xiàn)這類事故，則開不起車；若運行中出現(xiàn)，則允許本次開車完成，但不允許下次開車，下次須排除故障后運行。這類故障主要有：液壓站油溫過高等。

四、故障及排除

1.保護引起的故障及處理。（1）變頻器電源未合：也稱為主電源未合，若操作臺上變頻器電源沒有指示，檢查變頻器供電是否正常，變頻器供電的饋電開關(guān)、接觸器、中間繼電器的輔助觸點工作是否正常，光示牌是否正常。（2）硬件上下過卷：硬件上下過卷開關(guān)動作或斷開，此時將“過卷旁路”開關(guān)打到“上下過卷旁路”位置，然后用檢修方式將車開到正常位置后，可正常停車。（3）軟件上下過卷：控制系統(tǒng)軟件中分別設(shè)有上下過卷，設(shè)定過大會發(fā)生過卷事故，過小會因深度指示誤差而導致未到停車點而形成過卷，影響正常開車。斜巷一般為多水平提升，且對過卷要求不高，故過卷距離一般設(shè)定為2m。（4）等速超速故障、定點超速故障、手動緊停故障，此類故障在查完系統(tǒng)后及時通過“事故復位”即可排除。（5）軸編碼器（PG）故障（斷線）：此類故障指變頻器反饋的速度與軸編碼器采集的速度之間誤差超過0.3m/s，系統(tǒng)即認為軸編碼器故障，可檢查如下部位：檢查軸編碼器是否斷線；軸編碼器的連接部位是否可靠；相應的傳動部位是否傳動可靠；變頻器速度反饋是否正常；速度反饋電纜是否斷線。（6）殘壓過高故障：當液壓站殘壓過高時，會導致盤形閘施壓制動力不足發(fā)生溜車。此時應檢查液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)合適壓力。（7）變頻器失控故障：是指變頻器的輸出與PLC 控制系統(tǒng)的指令不一致，一般是變頻器運行反饋的中間繼電器不吸合，檢查以下部位：變頻器運行反饋的中間繼電器吸合是否正常；變頻器反饋線路是否正常；變頻器運行反饋是否有輸出；若均正常，檢查變頻器控制器的接線是否松動。（8）急停故障：系統(tǒng)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，它們相互冗余，相互監(jiān)控，一個有故障其他兩條也同時跳故障。PLC緊停故障可檢查以下故障現(xiàn)象：變頻器電源未合、過卷故障、等速超速故障、定點超速故障、手動緊停故障、軸編碼器故障、液壓站殘壓或油壓過高故障、傳動系統(tǒng)、PLC停止、錯向保護故障、硬件緊停等。

2.設(shè)備引起的故障及處理。（1）絞車只能單方向運行故障：系統(tǒng)速度給定信號為0～8V的直流模擬信號，有兩個電位器分別負責上提和下放的分壓，再由主令手柄分別控制上提和下放的速度給定。檢查兩個電位器是否正常，并排除。（2）編碼器故障：由于編碼器1、2分別安裝在減速機和深度指示器上，互為冗余，并分別進入PLC1、PLC2。可以拆開編碼器與傳動軸的連線，輕輕轉(zhuǎn)到編碼器的小軸，同時看相應的PLC上的IN0和IN1兩個指示燈是否閃亮。閃亮說明編碼器正常，若一個不閃，查編碼器的空開、電纜、接線等，且在編碼器電源側(cè)有DC24V電壓，來判斷編碼器是否有損壞。

防爆變頻絞車的使用給礦井提升帶來了安全可靠的性能，但也需要精心的操作和細心維護，才能有效地發(fā)揮其長處，為斜巷的安全提升提供可靠保證。