關(guān)于井下自動風(fēng)門變頻調(diào)速的研究

岳胡兵，杜 欣，石樹君

（1．太原礦機電氣發(fā)展有限公司，山西 太原 030032；2．天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

1 風(fēng)門的現(xiàn)狀及概述

伴隨著煤礦企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，煤礦企業(yè)對井下的人力、物力投資也與日俱增，運輸方式也呈現(xiàn)多樣化。如何讓這些資源更快地送達工作地點，如何減少井下運輸過程成了煤礦企業(yè)的研究課題。風(fēng)門在井下的應(yīng)用非常普及，煤礦井下風(fēng)門對于煤礦企業(yè)的安全以及運輸?shù)淖饔貌谎远鳌ｉL期以來，煤礦風(fēng)門都是采用人工啟閉或者電動基本控制的方式，但是由此將引發(fā)如下問題：風(fēng)門直接由電機控制，在啟動和關(guān)閉時，風(fēng)門門體有很大的沖擊力。隨著井下自動化程度的提高，對風(fēng)門的控制方式也提出了更高的要求，因此大力發(fā)展和研究自動風(fēng)門的變頻調(diào)速，對推動我國煤礦企業(yè)的自動化建設(shè)發(fā)展水平具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

2 風(fēng)門電控系統(tǒng)的組成

自動風(fēng)門的變頻調(diào)速電控裝置的系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 風(fēng)門電控系統(tǒng)組成

如圖1所示，該自動風(fēng)門的主要優(yōu)勢在于變頻器的運用，其工作核心為PLC可編程序控制器和變頻器，該系統(tǒng)的關(guān)鍵在于給風(fēng)門配置的各種傳感器，如特制光電傳感器（主要是為了礦燈和車燈準(zhǔn)備的）、特制紅綠燈（為了給礦工顯示該自動風(fēng)門的即時運行狀況）和手動按鈕（主要是為了安全做準(zhǔn)備）等。該系統(tǒng)設(shè)計簡單，都呈模塊工作，易于檢修。整個電氣系統(tǒng)由電控箱和外圍礦用本安傳感器構(gòu)成，本安傳感器的信號經(jīng)過光耦隔離板進行本安與非本安的信號轉(zhuǎn)換，然后進入PLC可編程序控制器。主回路上，由前級饋電開關(guān)將660V電源送至隔爆兼本安型電控箱，經(jīng)過隔離開關(guān)和快速熔斷器將電源送至交－直－交變頻器，通過改變頻率，從而達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。

因為是井下礦用產(chǎn)品，所以在電控箱的殼體制造和加工上有特殊要求，該電控箱、防爆分線盒以及各種外接傳感器等都必須通過國家礦用安全標(biāo)志認(rèn)證，方能下井使用。

3 自動風(fēng)門變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作流程

以2＃門為例，對自動風(fēng)門變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作流程作簡短說明。自動風(fēng)門的工作流程見圖2。

圖2 自動風(fēng)門工作流程

如圖2所示，2＃門在啟動時，利用車燈或者礦燈給光電傳感器信號，為防止不必要的動作，需要車燈或者礦燈給信號閃爍3次，風(fēng)門方能啟動；當(dāng)2＃門在接到車輛信號連續(xù)閃爍3次后，風(fēng)門系統(tǒng)開始正常工作，同時在1＃門外安裝的紅綠燈的紅燈開始并一直閃爍（直到整個系統(tǒng)工作完畢），警告和提示1＃門外的車輛和行人，2＃門外有車輛和行人進入，同時，2＃門開始打開，先加速后減速，為了安全考慮，在每道風(fēng)門上都安裝了行程開關(guān)，2＃風(fēng)門停止時，2＃門外的綠燈亮、紅燈滅，2＃門可以通行車輛，通行完畢或者自動設(shè)置時間到，2＃門開始關(guān)閉，2＃門工作結(jié)束；然后轉(zhuǎn)到1＃門工作，1＃門進行開門和關(guān)門，但是如果在關(guān)門過程中遇到有人或者車輛進入，風(fēng)門立刻轉(zhuǎn)到開門狀態(tài)，也即是防夾檢測工作狀態(tài)中，待風(fēng)門全部工作結(jié)束后，紅綠燈都變?yōu)榫G色。

在風(fēng)門的啟動中，需要考慮以下幾個問題：

（1）兩道風(fēng)門不能同時啟動，所以在本系統(tǒng)做了兩道風(fēng)門的閉鎖，為保證安全和可靠，閉鎖使用硬件和軟件雙向閉鎖。

（2）風(fēng)門在關(guān)閉過程中不能發(fā)生被夾事故，所以安裝了光電傳感器，與電梯類似。

（3）兩道風(fēng)門在接到信號開始啟動后，在整個系統(tǒng)工作完畢前不再接受開門信號，但是為了給礦工更好地指示當(dāng)前風(fēng)門的工作狀態(tài)，特采用礦用本安型紅綠燈做安全指示。

（4）風(fēng)門在開啟和關(guān)閉過程中采用變頻無級調(diào)速，使用ABB進口變頻器，以保證質(zhì)量，風(fēng)門在開啟和關(guān)閉過程中均有加速、恒速和減速過程，此為本系統(tǒng)的核心。

（5）兩道風(fēng)門的加、減速時間以及兩道風(fēng)門啟動

和關(guān)閉之間的切換時間可以很方便地在控制箱上利用按鈕進行顯示屏（觸摸屏）設(shè)定。

4 PLC及其程序

圖3為該風(fēng)門工作的部分梯形圖，由于本系統(tǒng)工作更多地涉及到連鎖工作以及防止誤動作方面，因此在本系統(tǒng)的程序中通過燈光的閃爍次數(shù)來消除誤動作的影響，進而保證安全。

圖3 自動風(fēng)門軟件程序

5 小結(jié)

煤礦井下自動風(fēng)門的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是通過控制變頻器的加速、恒速以及減速，從而達到控制電機和風(fēng)門啟動過程的目的。可以這么說，在通用的自動風(fēng)門的控制模式下，變頻調(diào)速的自動風(fēng)門在啟動和關(guān)閉過程中會更加平緩，門體的沖擊會非常小，因此，研究和制造自動風(fēng)門的變頻調(diào)速裝置具有較高的推廣價值。