無極繩絞車變頻調(diào)速系統(tǒng)分析

劉衛(wèi)峰

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

隨著環(huán)繩絞車和變頻調(diào)速的普及，煤炭運輸?shù)男蚀蟠筇岣摺Ｊ褂脽o極繩絞車時，主要從三個方面進行操作：一是手動控制調(diào)速；二是改變煤炭在不同階段的運輸速度，必要時適當(dāng)加快或減小速度；三是在緊急情況下迅速停機，使礦物能夠準(zhǔn)時且安全地送到特定地點[1]。本文結(jié)合具體的工作經(jīng)驗，研究了變頻器在礦用無極繩絞車中是如何實現(xiàn)的，以期對從事相關(guān)行業(yè)的人員提供參考。

1 變頻調(diào)速控制器和無極繩絞車結(jié)構(gòu)介紹

1.1 變頻調(diào)速控制器

變頻器既可以調(diào)控設(shè)備的運轉(zhuǎn)，又能夠操控設(shè)備的運行狀態(tài)。變頻調(diào)速器結(jié)構(gòu)中包含熱管散熱器、底座及防爆外殼。防爆外殼包括自控電阻、主室、門、接線室等。變頻調(diào)速器的主要作用是變頻、廠用電變頻。系統(tǒng)中的整流開關(guān)可以實現(xiàn)電源和整流器的隔離。由于主電路中有電流和電壓，所以根據(jù)主電路的工作方式，變頻器可分為電流型和電壓型；根據(jù)開關(guān)方式可分為PWM、PAM 和高載頻PWM；根據(jù)工作原理，可分為電壓/頻率、滑動頻率和矢量；根據(jù)用途可分為通用型、高性能型、高頻型、單向型和三相型。

1.2 無極繩絞車

絞車作為煤礦經(jīng)常使用的運輸設(shè)施，它是由鋼絲繩提供連續(xù)不斷的動力的。無極繩絞車工作的范圍比較寬，可用于噸位大、坡度大、距離長的軌道集中巷道。它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小型絞車牽引接力運輸方式，可以運輸整個液壓支架，也可以運輸金屬礦山和滾動軌道，輸送角一般小于20°。無極鋼絲繩絞車的系統(tǒng)主要由主機、滑后輪、絞車、梭車、托繩輪、壓繩輪、尾輪等組成。礦用無極繩運輸系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

圖1 礦用無極繩運輸系統(tǒng)原理圖

1.3 系統(tǒng)組成

絞車需要一個特定的操作員來操縱其運轉(zhuǎn)。控制臺是系統(tǒng)的一個組成部分，機組人員將對情況做出反應(yīng)。控制臺的信息以多種方式傳達，如周圍傳感器、電源和配電設(shè)施以及通信系統(tǒng)等。如圖2 所示為系統(tǒng)組成圖。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

1.4 運行要求

首先，對絞車的操作應(yīng)達到人機控制的根本要求；其次，需要具備調(diào)速功能，根據(jù)使用需求有效地控制提升機的起升速度，尤其是在關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提升機的作業(yè)應(yīng)該要滿足預(yù)想的速度；最后，絞車需要擁有啟動和緊急停止等功能，以控制其安全運行。為了確保絞車的平穩(wěn)運行，應(yīng)安置對應(yīng)的保護措施，如防滑保護。

無極鋼絲繩絞車系統(tǒng)含有許多外設(shè)。一些外設(shè)提供的信息無法有效地連接到變頻調(diào)速器上。即使形式符合要求，也無法很好應(yīng)用于變頻調(diào)速。同時，煤炭產(chǎn)業(yè)對生產(chǎn)的安全性要求比較高，因此在運行系統(tǒng)的過程中要做到有安全的隔離措施，避免在運輸環(huán)節(jié)發(fā)生事故。絞線機的操作需要特定的操作人員來完成。所以，在選擇操控臺的時候要符合下列條件：第一，變頻調(diào)速的相關(guān)設(shè)備必須做到信息集中，以便于操作人員實時檢查和控制；第二，做好周邊電信號及參數(shù)的處理，確保相關(guān)信息的緊密連接；第三，采用人機界面會傳達運輸過程中的真實情況，依據(jù)反饋的情況，操作員可以作出相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)變頻器滿載時在運行中會生出諧波，對操作臺產(chǎn)生干擾，所以會采用PLC 控制器，由于其出色的抗干擾能力，可以用來收集各種傳感器、輔助設(shè)施、變頻器等信息。PLC 需要配備通信接口以及模擬接口和切換無源節(jié)點。傳感器將相關(guān)信息傳輸?shù)娇刂婆_，避免滾動。傳感器通過速度和運行時間的相互關(guān)系計算出環(huán)繩絞車的運行長度及具體方向。從而可以為操縱員傳達相關(guān)信息，保證重要階段穩(wěn)定運行，防止因快速行駛、道路故障等發(fā)生事故。

2 變頻調(diào)速控制器的優(yōu)勢

2.1 安全系數(shù)高

在運行時，變頻調(diào)速器運行平穩(wěn)，能實現(xiàn)快速啟動、調(diào)速和制動的運行，具有完善的外部連接和控制系統(tǒng)。它能在故障發(fā)生時快速響應(yīng)，使作業(yè)更加安全可靠。

2.2 穩(wěn)定性良好

變頻器構(gòu)造簡單，在運行時其可靠性也比較高可由其知道絞車每時每刻的信息，然后通過傳感器來判斷出信息的具體內(nèi)容，進而實現(xiàn)變頻/工頻調(diào)速[2]。從而防止由于手動操作而導(dǎo)致的不穩(wěn)定。

2.3 元器件性能好，適應(yīng)性強

變頻控制器在無極繩絞車中具有體積小、質(zhì)量輕、布局靈活等優(yōu)點。同時起動電流小，速度可調(diào)。該絞車可根據(jù)運輸距離自動調(diào)整，體現(xiàn)了調(diào)速效率。變頻調(diào)速系統(tǒng)是由很多個單位塊兒構(gòu)成的，但是由于整個系統(tǒng)的體積和重量是有一定限度的，變頻功率因數(shù)比較高，啟動和制動的性能好。與此同時，如果零件的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，絞車的運行更加可靠，能在多種多樣的路況上運輸物料和礦物，節(jié)能效果明顯，總運行成本低，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

3 煤礦無極繩絞車變頻調(diào)速的實現(xiàn)方法

3.1 啟動、停和正、反轉(zhuǎn)控制

一般情況下，絞車的變頻調(diào)速控制分為通信控制、面板控制和無源觸點控制，以達到啟動、停止和正、反轉(zhuǎn)控制的效果。面板由變頻器供電，面板和VVVF 控制器也通過通信進行交互。不同廠家的通信方式不同。由于井下工人作業(yè)環(huán)境比較嚴(yán)峻，因此對井下作業(yè)設(shè)備的要求也很嚴(yán)格，必須有煤礦相關(guān)的安全證書和防爆證書，同時不能隨意更改通信的方式。所以在這種條件下，關(guān)鍵在于使用PLC 觸電控制，遇到比較緊急的狀況要立即停機停止作業(yè)，進給開關(guān)可由PLC 觸點信號直接控制，從而使制動電機停機，防止電機繼續(xù)工作產(chǎn)生危險。

3.2 速度調(diào)節(jié)控制

在礦物運載的過程中，運載速度主要來自絞車的負(fù)荷。為了保證對絞車速度控制的準(zhǔn)確性，需要對仿真量進行優(yōu)化。主要內(nèi)容是移動操縱桿改變電阻值。模擬信號的變化可以移動操縱桿并調(diào)整電阻值。接觸段的形式受到控制，依據(jù)接觸位置調(diào)整變頻器,兩個接觸速度可分為四個部分，三個接觸速度分為八個部分，但問題也不是無限的，在這種背景下，不能確保速度控制的連貫性。

通信控制具有一定的難度標(biāo)準(zhǔn)，所以采用PLC可以減少外界對其的影響。工作站通過PLC 輸入模擬信號處理，控制絞車轉(zhuǎn)速，并采用PLC 通信方式改變電機轉(zhuǎn)速，工作站直接處理輸入連接到PLC，需要模擬隔離。為了避免事故，可以在控制臺配置CPU，通過手柄輸入門控CPU，CPU 和控制臺手柄本質(zhì)上都是安全的。該通信方式在很大程度上減少了連接電纜的長度，既可以減少系統(tǒng)運行的成本，又不怕被干擾，實現(xiàn)了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

無級鋼絲繩絞車應(yīng)用變頻控制器，可實現(xiàn)快速啟動、緊急停止和速度控制，從而加快煤炭的整體運輸效率，取得了不錯的收益。在煤礦中，為了更好地保證無極鋼絲繩絞車的操作效率和安全性，應(yīng)合理設(shè)計變頻速度控制系統(tǒng)，使人們能夠更好地操縱、控制絞車進行生產(chǎn)，適應(yīng)地下道路交通環(huán)境。由于它節(jié)能性良好，間接降低了煤炭運輸成本。