夏希武

由于變頻控制技術(shù)的不斷完善與成熟，防爆變頻控制系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的串電阻控制系統(tǒng)。本文對(duì)防爆變頻控制技術(shù)在井下斜巷絞車運(yùn)輸中的應(yīng)用作一介紹和探討[1]。

1 系統(tǒng)功能

（1）數(shù)字本安電路實(shí)現(xiàn)斜井提升絞車四象限雙線制連續(xù)安全運(yùn)行。

（2）調(diào)速實(shí)現(xiàn)斜井提升能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)為發(fā)電反饋制動(dòng)，節(jié)能明顯。

（3）采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬的功能。

（4）充分發(fā)揮PLC 的數(shù)字化、智能化及計(jì)算功能，使提升絞車具有更完善的軟硬件保護(hù)功能，主要保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙線制。

（5）絞車啟動(dòng)平穩(wěn)，加速過程正常。司機(jī)操作絞車通過控制手柄調(diào)整變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速、減速點(diǎn)自動(dòng)減速、停車平穩(wěn)。

（6）能夠適應(yīng)絞車頻繁啟動(dòng)停止的工況要求。

2 應(yīng)用情況

2.1 設(shè)備狀況

大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司大巴溝井408 盤區(qū)第三暗斜井長(zhǎng)度為210 m，傾角為25°，采用JT1600/1224 型提升絞車運(yùn)送物料，最大繩速2 m/s，額定電壓380 V，原使用串電阻調(diào)速電控系統(tǒng)及JR127-8 型三相交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)，存在使用非防爆電氣設(shè)備安全隱患，需更換為防爆電氣系統(tǒng)?，F(xiàn)采用河北唐山開誠(chéng)電器公司生產(chǎn)的ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統(tǒng)及YB2-355S-8 型三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓改為660 V。

2.2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的絞車電控系統(tǒng)概況

這種電控系統(tǒng)在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上串聯(lián)電阻，通過逐級(jí)投入或切除電阻來達(dá)到調(diào)速目的。該系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)。

2.2.1 失爆

由于在調(diào)速及制動(dòng)過程中電阻消耗大量的能量，導(dǎo)致電阻箱過熱而變紅、變形，不僅增加了系統(tǒng)的維護(hù)量，更為嚴(yán)重的是形成失爆，給煤礦井下生產(chǎn)帶來安全隱患。

2.2.2 安全隱患大

在下放重物時(shí)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，靠轉(zhuǎn)子回路串的電阻調(diào)速，其電阻值由于連接處接觸電阻的變化，調(diào)速特性曲線偏離原計(jì)算值，假設(shè)過速保護(hù)失靈，易造成在等速階段過速15%和低速階段過速10%的條件下運(yùn)行，給安全生產(chǎn)帶來隱患。

2.2.3 硐室開拓量大

調(diào)速電阻需要足夠的硐室空間，以便調(diào)速電阻的布置和散熱。

2.2.4 調(diào)速精度低

該系統(tǒng)是通過投入和切除電阻來進(jìn)行調(diào)速的，故只能是分級(jí)調(diào)速，無(wú)法做到無(wú)級(jí)調(diào)速，且加減速度不易控制，這樣又給絞車提升過程帶來安全隱患，容易造成掉道等事故的發(fā)生。

2.2.5 無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制的雙線制

這種電控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制的雙線制。

2.3 防爆變頻絞車控制系統(tǒng)概況

ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，PLC 控制防爆變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，調(diào)速平滑，速度調(diào)節(jié)范圍寬。過速保護(hù)、過流保護(hù)、欠電壓保護(hù)等通過各種傳感器檢出的信號(hào)送給PLC，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后再經(jīng)軟件實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能?？刂票Ｗo(hù)功能完善，而且物理接線簡(jiǎn)單，易于維護(hù)[2-3]。該系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）絞車拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用防爆型三相異步調(diào)速電動(dòng)機(jī)，控制裝置和變頻器為防爆型，適于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中使用，與原車相比，安全性大為提高。

（2）與串電阻相比，體積小、移動(dòng)方便、硐室開拓量小。

（3）變頻器采用矢量、四象限運(yùn)行，其調(diào)速性能如同直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，是20 世紀(jì)科技的重大進(jìn)步。

（4）操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全穩(wěn)定、故障率低、基本免維護(hù)。

（5）采用雙PLC 控制系統(tǒng)，軟件編程方便，容易識(shí)讀，懂電氣控制原理的人員都能從運(yùn)行的梯形圖中找到故障所在，縮短判斷故障的時(shí)間。

3 ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統(tǒng)原理概述

3.1 電控系統(tǒng)組成

ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)組成。絞車電控系統(tǒng)組成如圖1 所示。

變頻調(diào)速系統(tǒng)由輸入電抗器、充電電阻、旁路真空接觸器、變頻器+VFD1、+VFD2 等組成。輸入電抗器用于抑制高次諧波，以減小變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。充電電阻當(dāng)逆變器上電時(shí)建立起一定的電壓后才能開始調(diào)速工作及回饋制動(dòng)時(shí)吸收部分能量。旁路真空接觸器當(dāng)絞車在全速下運(yùn)行時(shí)吸合，電動(dòng)機(jī)接入工頻電源而運(yùn)行，變頻器被旁路，提高變頻器的使用壽命。

圖1 控制系統(tǒng)組成

PLC 控制系統(tǒng)由安裝在控制箱內(nèi)的PLC、司機(jī)操縱臺(tái)上的PLC 和CC-LINK 通訊網(wǎng)絡(luò)等組成。PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車的啟動(dòng)、加速等各種控制，實(shí)現(xiàn)等速階段過速15%、減速階段過速10%的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷、動(dòng)力回路的短路保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓站的控制和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)視保護(hù)等。PLC 選用的是日本三菱公司的FX2N 系列產(chǎn)品，PLC1（-A1）作為主控系統(tǒng)，PLC2（-A2）作為監(jiān)控系統(tǒng)。司機(jī)臺(tái)主要由主令手柄、制動(dòng)手柄、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按（旋）鈕、指示儀表、指示燈、數(shù)字深度指示器、信號(hào)顯示屏等組成。附件主要有軸編碼器、巷道及機(jī)械式深度指示器開關(guān)等。

信號(hào)系統(tǒng)由下井口信號(hào)箱、上井口信號(hào)箱、絞車硐室顯示箱、語(yǔ)音報(bào)警裝置等組成。下井口的開車信號(hào)必須經(jīng)上井口信號(hào)工轉(zhuǎn)發(fā)，不能越過上井口信號(hào)工直接向絞車司機(jī)發(fā)信號(hào)。信號(hào)系統(tǒng)還具有呼叫通話、聲光報(bào)警、顯示和閉鎖等功能[4-5]。

3.2 電控系統(tǒng)工作原理概述（以上提為例）

司機(jī)操縱控制裝置啟動(dòng)液壓站泵電動(dòng)機(jī)使液壓站工作，為解除制動(dòng)準(zhǔn)備，等待絞車工作。

下井口信號(hào)工發(fā)出開車信號(hào)，上井口信號(hào)工將其信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給絞車房，絞車控制系統(tǒng)接收到上井口信號(hào)工發(fā)來的開車信號(hào)后，司機(jī)操動(dòng)手把解除安全制動(dòng)開始啟動(dòng)，PLC 根據(jù)司機(jī)控制手把的位置啟動(dòng)相應(yīng)的控制程序，控制變頻器使其輸出電壓和頻率按一定規(guī)律變化的三相頻率可調(diào)的正弦波電源，三相交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，絞車開始運(yùn)行。

PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)絞車的啟動(dòng)、初加速、主加速、等速、減速及低速爬行等運(yùn)行方式。

4 結(jié)論

防爆變頻絞車控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來設(shè)備運(yùn)行性能良好、控制精度高、維護(hù)量小，工作可靠，系統(tǒng)的安全性能高，降低了電耗及維護(hù)費(fèi)用，減低了絞車運(yùn)行時(shí)的噪聲，減少了設(shè)備安裝空間，實(shí)現(xiàn)了絞車安全高效運(yùn)行。

防爆變頻絞車控制系統(tǒng)具有控制性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，已成為礦井提升絞車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，推廣應(yīng)用后運(yùn)行安全可靠且經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

[1]馮文軼.采掘電工維修手冊(cè)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006：26-28.

[2]許斌.煤礦電工學(xué)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009：15-16.

[3]賴昌干.礦山電工學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007：19-21.

[4]趙東林.綜采電氣設(shè)備[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006：98-99.

[5]顧永輝.煤礦電工手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998：20-22.