煤矿无极绳绞车变频调速技术应用

文/万道伟，丁集煤矿运输区

1 引言

煤矿运输系统是煤矿生产至关重要的环节，直接关系到煤矿生产效率、自动化水平、综合成本等，而做为煤矿辅助运输的调度绞车运输，长期以来是辅助运输的主要手段，这种运输方式不仅安全系数低、生产效率差、同时综合管理成本高，是安全管理的难点，一直是整个运输系统最薄弱的环节，究其原因除了煤矿井下运输的复杂性外，更重要的是设备及方式的落后。近年来无极绳绞车、单轨吊等运输新技术得以飞速的发展和推广，其中无极绳绞车以其提升能力大、适应型强、操控简单、安全系数高等优越的性能深受欢迎。新的运输方式结束了传统一巷道，一采区多部绞车连续接替运输的历史，节省大量的人力、物力及风险成本，提高了煤矿的生产效率。煤矿生产及运输系统的复杂性决定煤矿运输的特点，井下机电设备除了应该具备的过流、过压、欠压、短路、过载、断相等电气保护功能外，无极绳绞车还必须能实现正反转、时时加减速、平稳停车、平稳起车、定点停车、防过卷、过速、防掉道等保护。现有的电磁真空启动器全压直启及机械制动控制方式启停车平稳性差，特别是大吨位液压支架整架运输时，速度突变形成的冲击特别容易造成车辆掉道，同时在过特殊地段时，不能调节其速度，点动调车控制性差，故可靠的绞车调速控制需求迫在眉睫。

2 无极绳绞车变频调速控制系统的组成

无极绳绞车的运行控制，目前完全是由特定的操作人员根据实际要求进行操作控制的，所以操作控制台是必须的，操作控制台相当于一个人机对话系统，操作人员根据操作台上反映的实时信息作出恰当的操作。操作台上的信息由外围传感器、执行器、供配电设备(馈电开关、闸电机、照明综保等)、联络系统(预告系统、打点装置或漏泄系统等)、变频调速控制器等设备通过各种方式提供相关信息。

由于外围设备多，有的外围设备提供的信息在形式（接点容量、电压等级、电流大小等)上不能直接与变频调速控制器联系，即使形式上完全兼容，因为外同设备多，不能将所有设备一一接入变频调速控制器中去，并且煤矿是一个特殊行业，需要进行安全隔离或本安化处理。另外，绞车的运行需要专门的操作人员来操作控制。基于以上原因，采用本安型操作控制台：①汇接包括变频调速控制器在内所有设备信息集中在一起；②对部分外围设备提供的电气信号或参数进行集中处理；③提供一个人机界面，将各种有用信息或参数显示在操作台上，同时配置操作机构，让操作人员根据实际需要进行恰当操作控制。

考虑变频调速控制器在满载运行时本身产生的谐波成分，这对于操作控制台的抗干扰能力提出较高的要求，一般选用抗干扰能力强的工业级PLC作为控制及信息处理核心单元。由于各种传感器、执行器、变频调速控制器及相关配电辅助设备的所有电气参数均要汇集到控制台，所以要求PLC有模拟量接口、开关量无源节点、通信接口。位置传感器主要防止绞车过卷(机头、机尾)，它提供信号给操作控制臼，以便实现紧急停车，以防止过卷：速度传感器以脉冲输出。

3 变频调速的实现方法

变频调速控制器对外电气接口多种多样：有接点信号、模拟量信号、通信方式，而且都是双向的，即接点信号既可以向外提供，变频调速控制器本身也可以检测外围设备输入的无源接点信号：模拟量信号同样如此，一般有2种形式：0～5(10） V电压信号，0(4)～20 A电流信号；通信方式因不同厂家或同一厂家不同型号产品而通信协议各不相同。

3.1 起、停和正、反转控制

对于变频调速控制器起、停和正、反转控制容易实现。一般变频调速控制器的起、停和正、反转控制有3种：面板控制、通信控制、无源接点控制。变频调速控制器的面板是由变频调速控制器内部供电，面板与变频调速控制器之间同样通过通信方式来完成，通信距离受通信方式限制，所以实现起来成本比较高。由于变频调速控制器本身产生的电磁干扰比较大：其次不同厂家或同一厂家不同型号产品的通信方式各不相同：而煤矿井下是一种特殊环境，所有电气产品进入必须取得防爆合格证和煤安证，一旦取得两证后产品必须按送审样机加T生产。

3.2 速度调节控制

关键问题是如何控制变频调速控制器的速度，绞车在运行过程中会根据负载情况、运行方向、位置等不同，要求绞车运行速度可能相应改变。对于速度控制，一般变频调速控制器也有3种控制方式：通信、接点、模拟量等。

接点控制只能进行分段实现，即根据接点位的多少，将变频调速控制器的运行速度分成几段：比如有两位接点，速度可分成4段，三位接点，速度可分成8段.......依次类推，由于变频调速控制器的接点数不可能无限多，所以在控制变频调速控制器速度时无法实现连续控制：

模拟量方式：在操作台上设置一个操作杆。操作杆可以在一定范围内移动，操作杆内置电位器，通过操作操作杆改变电位器的阻值：将变频调速控制器的电压控制速度的模拟量信号接人操作杆内置电位器的三端。规定操作杆移动的方向，这样，操作杆处于不同的位置，电位器中间抽头的输出不同的电压值，从而在变频调速控制器的速度给定端子上得到连续变化的电压信号，达到控制变频调速控制器速度的目的。当然要注意电气上的隔离。但这种方式一是可能受到距离的限制：二是安全性能不高。

采用通信方式即可解决速度控制问题，同时，对变频调速控制器的起、停和正、反转控制等所有要求控制的内容均可全部文现，这样减少了变频调速控制器与操作控制台之间的连接电缆，既降低系统成本。又处理好通信的抗十扰问题，提高系统稳定性。

4 结束语

随着煤矿现代化水平越来越高，生产规模也越来越大，运输量急剧增加，除了带式输送机作为煤矿井下主要的运输设备之外，胶轮车、无极绳绞车、猴车等多种辅助运输设备也逐年增加。将变频调速控制器运用于煤矿无极绳绞车控制系统之中，由于变频调速控制器有很好的调速性能，充分发挥其性能对于提高煤矿辅助运输系统可靠性、稳定性及成本控制都有极大好处。