煤矿架空乘人装置变频改造研究

梁 宇

（山西焦煤汾西矿业高阳煤矿， 山西 孝义 032306）

引言

架空乘人装置担负着矿井水平或倾斜巷道连续运送职工任务，该装置的存在减少了职工入井时间，节省了体力，提高了提升系统的安全性[1-3]。在此基础上，怎么能够降低乘人装置的能耗，实现自动化控制和经济运行是值得思考的问题。随着煤矿机电设备自动化程度的提高，综采和掘进设备都有了质的提高，PLC控制和变频器在煤矿的普遍使用也为乘人装置的改造提供了技术支持。

1 系统组成及工作原理

架空装置属于无级绳运输系统，主要由驱动系统、线路部分、尾轮和张紧部分、电控系统、安全保护装置组成[4]。

乘人装置机械部分功能实现由电动机和减速机带动摩擦轮作为驱动，输出动力；驱动轮、托绳轮及压绳轮之间的钢丝绳作为座椅和人员的牵引和承载，作为线路做巷道内循环运动；张紧装置保证乘人装置在运行中的挠度和张力[5]。架空乘人装置示意图如图1：

图1 架空乘人装置示意图

乘人装置电控系统一般由调速、控制和信号保护三部分组成，具有盘式制动和断绳抓捕装置，具有语音通讯功能，能够实现装置的过速、防滑保护，电机失压、短路、过载保护，减速器油温油位保护等各类保护的综合检测和保护实现[6]。系统图如图2：

图2 电控系统图

2 架空乘人装置变频改造的实现

2.1 架空乘人装置概况

汾西矿业集团高阳煤矿行人斜井使用的架空乘人装置为扬州市百思特机械设备有限公司生产的RJY55-16/1450型架空乘人装置，巷道总长802 m，巷道最大坡度16°，驱动电机功率55 kW，运输速度为1.2 m/s，运输效率360人/h，吊椅间距10 m，属于大功率设备。现有架空乘人系统具有人机界面，实时显示设备的运行状态、运行速度，当设备（或系统）发生故障时，给出相应的故障文字提示。

2.2 现有架空乘人装置缺点

行人斜井猴车运行状态为全天恒转速运行，长时间运行功率损耗较大，造成电能的浪费；长时间运行造成电机过热严重，使用寿命缩短；设备长时间运行引发各类故障增多，钢丝绳磨损大更换率高；设备使用软启动控制开停，长期频繁人工启停加大了设备损害程度，同时软启动控制猴车也将乘坐的平稳性大大降低。

2.3 变频改造目标

通过对架空乘人装置的变频改造，实现架空乘人系统的PLC控制与变频控制的综合应用，增加系统先进性和安全性的同时，充分的节能降耗，达到绿色开采的要求。改造目标：通过对系统的改造，使得架空乘人系统实现自主在乘人高峰期正常运转，乘人低谷期低速运行，在夜间无人乘车时停止运行并在有人乘坐情况下自动启动的功能。改造后能够增强架空乘人系统的各类保护功能，并能够改善启动、制动的平稳性，减少了设备的维护量，减少人工投入。

2.4 主要研究试验内容

硬件设计包括：控制系统选用西门子系列的PLC，S7-200的CPU选择40个I/0点（24入/16出）的226型号，另外扩展了1个EM235（4入/1出）和2个EM231（4入）模拟量模块。对乘人装置的各项保护检测所用传感器与PLC进行匹配和兼容性试验。变频器选用二象限运行变频器对乘人装置电机进行调速控制[7-8]。保护用传感器包括本安测速传感器、重锤、油缸限位保护、张紧力测量传感器、系统油位检测、减速器油温检测传感器、防偏摆检测、机头、机尾乘人越位检测等。软件设计主要进行系统运行程序编写与成套设备兼容性试验和匹配。通过变频改造实现了高阳矿斜井架空装置所有保护动作可靠迅速，工频变频按照需求切换自如的功能，实现架空乘人装置的安全稳定运行。系统流程图如图3：

3 结语

架空乘人装置变频改造使煤矿提升系统取得了很好的效益。矿井提升运输系统得到了更具先进性的性能提高，保障了矿工出入井的顺利和安全，自动控制运行减少了井下人工的投入。在经济运行方面，乘人装置使用55 kW电机，06：00—24：00这段时间其中有9 h处于低频运行，低频按25 Hz计算，每月可节省电费约 5 000 元；24：00—06：00 其中有 4 h处于停止运行情况，每月节约电费约7 000元，每年共计节约电费约14万元，另一方面减少猴车钢丝绳的磨损和更换钢丝绳所需费用。

图3 系统程序路程图