安全高效的梭車電控系統的開發介紹

摘要：原有的井下梭車運輸系統嚴重制約著煤礦的原煤產量。為保證工作面設備的相互接替，加快人、物的運輸速度，只能加班加點，這樣一來大大加重了煤礦工人的工作量，同時也帶來了不必要的人身、設備事故。要保證充分發揮高產高效工作面工藝裝備的高產優勢，必須完善輔助運輸的性能，提高輔助運輸的效率及安全性。

關鍵詞：開關磁阻；脈動直流；四象限

1 概況

2001年太原礦機電氣發展有限公司與兗州煤業東灘礦聯合研制開發以高效節能開關磁阻調速系統和泄漏系統結合的梭車電控系統，采用泄漏通訊遙控系統、PLC監控系統和四象限開關磁阻電機驅動系統相結合，實現絞車司機與梭車跟車人語音通訊并可顯示地貌和小車位置、保證梭車的安全平穩、加快運輸速度、消除啟動沖擊、遙控隨時隨地停車且優先于控制臺操作、速度從零速到最高速度連續可調、移動距離可控到10cm以內使掛鉤方便等特點，并在下坡時電機發電狀態回饋電能小車勻速下坡，減輕井下煤礦工人的工作量，達到既能控制方便又能監測監控的目的提高效率。該項目的開發，改變了原有梭車性能，提高了可靠性，填補了國內梭車的開關磁阻無極調速及遙控的空白。

原有井下梭車運輸系統同一速度該快時不快該慢時不慢，操作工人只能在絞車跟前憑經驗和鋼絲繩的長度來判別物品小車所在位置，必要時還得派人隨車觀察運行情況，然后通知操作員，這樣電機不能調速耗能大鋼絲繩因沖擊損壞多，用人多；也加大了煤礦工人的勞動強度和勞動量，很難避免事故的發生。

系統總體方案如下：

系統分三大塊，一是PLC監測監控部分，二是開關磁阻電機驅動部分，三是遙控對講遠程傳輸部分采用泄漏通訊系統和CPU數字編碼技術來實現。下面分別對三塊的原理及特點做一介紹。

2 ＰＬＣ監測監控系統

ＰＬＣ可編程控制器目前已廣泛應用于煤礦井下設備的控制系統中，它具有編程容易，運行可靠，使用方便等優點。ＰＬＣ接受控制按鈕和遙控系統送來的控制指令，然后根據指令和驅動系統的要求實現啟動、急停、確定驅動方向、調速、系統保護和故障停機等功能。PLC高速輸入口接收電機的碼盤脈沖信號一路顯示速度，另一路經積分顯示小車位置。顯示屏使用液晶觸摸屏，顯示速度、電流、小車位置、地貌圖、操作及執行信號、故障等。

3 開關磁阻電機驅動系統

3.1 開關磁阻電機工作原理

開關磁阻電機驅動系統在調速技術領域中是新興的技術。它是直流調速與交流調速的結合，輸出直流脈動的PWM波，電壓相對穩定故啟動電流極小，空載啟動電流小于額定的十分之一，電機的發熱量很低，防爆電機風冷完全滿足散熱，適合井下環境使用，是變頻調速的理想換代產品。電機定子是三個獨立的線包，六個輸入端子。開關磁阻電機驅動系統已進入高效高可靠使用的時代。

開關磁阻電機是根據磁場力的原理工作的，它是一個有繞組的八極或十二極的定子，和一個無繞組的轉子構成。當沿著直徑方向相對的兩個定子極繞組通以直流電，形成一個磁場，使相對的一對轉子受力旋轉與定子磁極中心線重合，這樣連續給定子極繞組通電，使轉子連續旋轉。在轉子上設置轉子傳感器用于確定定子繞組何時需要通電和斷電，轉子的速度是由連續開閉定子磁極繞組的速度來決定。輸出轉矩由通過繞組的電流來決定。其控制系統由以下組件組成。其工作原理如下：660Ｖ三相電源進入經整流變成直流，在電機發電狀態可回饋電能。直流濾波器使直流更平穩。平直的直流送進開關磁阻控制器控制電機定子繞組的直流端。開關磁阻控制器控制變頻器的開關頻率，以改變開關磁阻電機的速度，根據轉矩輸出脈寬，達到調速的目的。

3.2開關磁阻電機驅動系統的原理

開關磁阻電機驅動系統有如下特點：電機結構簡單，轉子無籠條或繞組，無明顯的熱量產生，溫升低使用壽命長。低慣量轉子在突然啟停時減少沖擊和機械故障。較長時間堵轉不損壞電機。啟動平穩，很小的電流可以得到高的啟動和加速轉矩，并適合于頻繁啟動。功率因數和系統效率高，節能明顯調速范圍大。

4 泄漏通訊系統

4.1 信息傳輸原理

由于井下巷道的彎曲及有限空間，限制了無線電波的直線傳輸特性，巷道巖層煤層對電波能量的吸收等諸因素致使遠距離遙控必須使用一種特殊的電波傳輸方式-泄漏傳輸方式。

泄漏遙控系統由三個部分組成：手持臺，固定臺，中繼放大器。

信息傳輸原理說明：

此系統是通過泄漏電纜及中繼器來傳輸信號的，手持臺可以發射帶有模擬語言信號、數碼控制信號的載波。泄漏電纜接收到信號通過雙向中繼放大逐級傳輸到未級泄漏電纜上，通過泄漏電纜的電波泄漏使固定臺接收到載波信號。固定臺通過高放兩級變頻，鑒頻出相應的語言信號和控制信號。這兩種信號通過帶通放大器分別傳輸給各自的放大器，數碼信號再經過整形比較傳入PIC譯碼器，鑒別確定后輸出信號驅動相應的繼電器動作，去控制PLC。固定臺也可以發送帶有語言信號的載波然后通過泄漏電纜及中繼器來傳輸，達到固定臺和手持臺的雙向通訊。不同的是手持臺可以發出控制信號而固定臺不發控制信號。

4.2手持臺的功能

采用調頻方式。產生高頻振蕩，以便有效地向外輻射。把語音信號變換成音頻電信號調制到高頻振蕩上，即把編碼信號和音頻電信號裝載到高頻信號上，這樣就可以跟著高頻信號一塊向外輻射。把高頻振蕩信號功率提高到足夠的電平，使它能夠傳送到足夠遠。裝有音頻信號和控制信號的高頻振蕩信號通過天線轉換成空間電磁波，傳送到接收端。

手持臺方框圖（圖1）：

4.3固定臺的功能

采用調頻方式。產生高頻振蕩，以便有效地向外輻射。把語音信號變換成音頻電信號調制到高頻振蕩上，即把音頻電信號裝載到高頻信號上，這樣就可以跟著高頻信號一塊向外輻射。把高頻振蕩信號功率提高到足夠的電平，使它能夠傳送到足夠遠。裝有音頻信號的高頻振蕩信號通過天線轉換成空間電磁波傳送到接收端。把接收信號通過鑒頻解調出控制信號，經過帶通濾波除去音頻，再經放大.整形.比較譯碼，輸出控制信號去控制繼電器。

4.4中繼放大器的功能

把左（右）邊接收到的高頻信號經放大后，向右（左）邊泄漏電纜傳輸。起到左右連接放大，使手持臺和固定臺相互通訊。

5 系統總體方案滿足下面技術要求：

遠距離遙控對講控制系統應能可靠傳輸控制訊號，不能出現誤動作訊號或丟失控制訊號。遙控距離應根據現場情況而定，控制信號不丟失不衰減。系統操作人員應在人、物小車上可以根據人、物小車的實際情況用手持臺進行控制停車，手持臺與固定臺之間并能對講通話。開關磁阻電機驅動的絞車控制箱上應能顯示人、物小車的位置。梭車的調速范圍應能滿足0.1ｍ／S——3ｍ／S可調。啟動停止平穩，無沖擊現象，系統控制方便。控制系統與遙控系統應能滿足井下工作的環境條件。

6系統總體方案的技術參數

系統總體方案保證上述的設計技術要求，同時要保證技術上的先進性和實際運行中高度可靠性，這是總體方案所要求的技術目標，主要技術參數如下：

開關磁阻電機控制系統供電電壓為660Ｖ。開關磁阻電機控制系統額定功率為150ＫVA。開關磁阻電機控制系統轉速范圍：30——1350ｒ.ｐ.ｍ——2500ｒ.ｐ.ｍ。ＰＬＣ控制器控制電壓為220Ｖ，64點。遙控對講系統本安電源12Ｖ。遙控對講系統最大傳輸距離大于３ＫＭ。

總結：到目前兗礦、同煤等各大礦使用總量已40多套，安全可靠，反映良好。