浅谈防爆变频绞车控制系统的应用

2013-11-12夏希武

同煤科技 2013年4期

关键词：绞车电控井口

夏希武

由于变频控制技术的不断完善与成熟，防爆变频控制系统正在逐步取代传统的串电阻控制系统。本文对防爆变频控制技术在井下斜巷绞车运输中的应用作一介绍和探讨[1]。

1 系统功能

（1）数字本安电路实现斜井提升绞车四象限双线制连续安全运行。

（2）调速实现斜井提升能耗制动转为发电反馈制动，节能明显。

（3）采用矢量控制技术，实现低速大转矩、启动力矩大、调速范围宽的功能。

（4）充分发挥PLC 的数字化、智能化及计算功能，使提升绞车具有更完善的软硬件保护功能，主要保护实现双线制。

（5）绞车启动平稳，加速过程正常。司机操作绞车通过控制手柄调整变频器的输出频率，实现了无级调速、减速点自动减速、停车平稳。

（6）能够适应绞车频繁启动停止的工况要求。

2 应用情况

2.1 设备状况

大同煤矿集团挖金湾煤业公司大巴沟井408 盘区第三暗斜井长度为210 m，倾角为25°，采用JT1600/1224 型提升绞车运送物料，最大绳速2 m/s，额定电压380 V，原使用串电阻调速电控系统及JR127-8 型三相交流绕线式异步电动机，存在使用非防爆电气设备安全隐患，需更换为防爆电气系统。现采用河北唐山开诚电器公司生产的ZJJB-II-132-6 型防爆变频绞车控制系统及YB2-355S-8 型三相鼠笼异步电动机，额定电压改为660 V。

2.2 转子串电阻调速的绞车电控系统概况

这种电控系统在电机的转子上串联电阻，通过逐级投入或切除电阻来达到调速目的。该系统存在以下缺点。

2.2.1 失爆

由于在调速及制动过程中电阻消耗大量的能量，导致电阻箱过热而变红、变形，不仅增加了系统的维护量，更为严重的是形成失爆，给煤矿井下生产带来安全隐患。

2.2.2 安全隐患大

在下放重物时，拖动电动机处于发电状态，靠转子回路串的电阻调速，其电阻值由于连接处接触电阻的变化，调速特性曲线偏离原计算值，假设过速保护失灵，易造成在等速阶段过速15%和低速阶段过速10%的条件下运行，给安全生产带来隐患。

2.2.3 硐室开拓量大

调速电阻需要足够的硐室空间，以便调速电阻的布置和散热。

2.2.4 调速精度低

该系统是通过投入和切除电阻来进行调速的，故只能是分级调速，无法做到无级调速，且加减速度不易控制，这样又给绞车提升过程带来安全隐患，容易造成掉道等事故的发生。

2.2.5 无法实现控制的双线制

这种电控系统无法实现控制的双线制。

2.3 防爆变频绞车控制系统概况

ZJJB-II-132-6 型防爆变频绞车控制系统以PLC为控制核心，PLC 控制防爆变频器实现无极调速，调速平滑，速度调节范围宽。过速保护、过流保护、欠电压保护等通过各种传感器检出的信号送给PLC，经A/D 转换后再经软件实现其保护功能。控制保护功能完善，而且物理接线简单，易于维护[2-3]。该系统有以下优点：

（1）绞车拖动电动机采用防爆型三相异步调速电动机，控制装置和变频器为防爆型，适于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境中使用，与原车相比，安全性大为提高。

（2）与串电阻相比，体积小、移动方便、硐室开拓量小。

（3）变频器采用矢量、四象限运行，其调速性能如同直流电动机的调速性能，是20 世纪科技的重大进步。

（4）操作简单、运行安全稳定、故障率低、基本免维护。

（5）采用双PLC 控制系统，软件编程方便，容易识读，懂电气控制原理的人员都能从运行的梯形图中找到故障所在，缩短判断故障的时间。

3 ZJJB-II-132-6 型防爆变频绞车控制系统原理概述

3.1 电控系统组成

ZJJB-II-132-6 型防爆变频绞车控制系统主要由变频调速系统、PLC 控制系统和信号系统组成。绞车电控系统组成如图1 所示。

变频调速系统由输入电抗器、充电电阻、旁路真空接触器、变频器+VFD1、+VFD2 等组成。输入电抗器用于抑制高次谐波，以减小变频器产生的高次谐波对电网的污染。充电电阻当逆变器上电时建立起一定的电压后才能开始调速工作及回馈制动时吸收部分能量。旁路真空接触器当绞车在全速下运行时吸合，电动机接入工频电源而运行，变频器被旁路，提高变频器的使用寿命。

图1 控制系统组成

PLC 控制系统由安装在控制箱内的PLC、司机操纵台上的PLC 和CC-LINK 通讯网络等组成。PLC 控制系统实现对绞车的启动、加速等各种控制，实现等速阶段过速15%、减速阶段过速10%的保护，实现拖动电动机过负荷、动力回路的短路保护，实现对液压站的控制和保护，实现对控制系统的监测监视保护等。PLC 选用的是日本三菱公司的FX2N 系列产品，PLC1（-A1）作为主控系统，PLC2（-A2）作为监控系统。司机台主要由主令手柄、制动手柄、转换开关、按（旋）钮、指示仪表、指示灯、数字深度指示器、信号显示屏等组成。附件主要有轴编码器、巷道及机械式深度指示器开关等。

信号系统由下井口信号箱、上井口信号箱、绞车硐室显示箱、语音报警装置等组成。下井口的开车信号必须经上井口信号工转发，不能越过上井口信号工直接向绞车司机发信号。信号系统还具有呼叫通话、声光报警、显示和闭锁等功能[4-5]。

3.2 电控系统工作原理概述（以上提为例）

司机操纵控制装置启动液压站泵电动机使液压站工作，为解除制动准备，等待绞车工作。

下井口信号工发出开车信号，上井口信号工将其信号转发给绞车房，绞车控制系统接收到上井口信号工发来的开车信号后，司机操动手把解除安全制动开始启动，PLC 根据司机控制手把的位置启动相应的控制程序，控制变频器使其输出电压和频率按一定规律变化的三相频率可调的正弦波电源，三相交流异步电动机转动，绞车开始运行。

PLC 控制变频器实现绞车的启动、初加速、主加速、等速、减速及低速爬行等运行方式。