淺談防爆變頻絞車控制系統的應用

夏希武

由于變頻控制技術的不斷完善與成熟，防爆變頻控制系統正在逐步取代傳統的串電阻控制系統。本文對防爆變頻控制技術在井下斜巷絞車運輸中的應用作一介紹和探討[1]。

1 系統功能

（1）數字本安電路實現斜井提升絞車四象限雙線制連續安全運行。

（2）調速實現斜井提升能耗制動轉為發電反饋制動，節能明顯。

（3）采用矢量控制技術，實現低速大轉矩、啟動力矩大、調速范圍寬的功能。

（4）充分發揮PLC 的數字化、智能化及計算功能，使提升絞車具有更完善的軟硬件保護功能，主要保護實現雙線制。

（5）絞車啟動平穩，加速過程正常。司機操作絞車通過控制手柄調整變頻器的輸出頻率，實現了無級調速、減速點自動減速、停車平穩。

（6）能夠適應絞車頻繁啟動停止的工況要求。

2 應用情況

2.1 設備狀況

大同煤礦集團挖金灣煤業公司大巴溝井408 盤區第三暗斜井長度為210 m，傾角為25°，采用JT1600/1224 型提升絞車運送物料，最大繩速2 m/s，額定電壓380 V，原使用串電阻調速電控系統及JR127-8 型三相交流繞線式異步電動機，存在使用非防爆電氣設備安全隱患，需更換為防爆電氣系統。現采用河北唐山開誠電器公司生產的ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統及YB2-355S-8 型三相鼠籠異步電動機，額定電壓改為660 V。

2.2 轉子串電阻調速的絞車電控系統概況

這種電控系統在電機的轉子上串聯電阻，通過逐級投入或切除電阻來達到調速目的。該系統存在以下缺點。

2.2.1 失爆

由于在調速及制動過程中電阻消耗大量的能量，導致電阻箱過熱而變紅、變形，不僅增加了系統的維護量，更為嚴重的是形成失爆，給煤礦井下生產帶來安全隱患。

2.2.2 安全隱患大

在下放重物時，拖動電動機處于發電狀態，靠轉子回路串的電阻調速，其電阻值由于連接處接觸電阻的變化，調速特性曲線偏離原計算值，假設過速保護失靈，易造成在等速階段過速15%和低速階段過速10%的條件下運行，給安全生產帶來隱患。

2.2.3 硐室開拓量大

調速電阻需要足夠的硐室空間，以便調速電阻的布置和散熱。

2.2.4 調速精度低

該系統是通過投入和切除電阻來進行調速的，故只能是分級調速，無法做到無級調速，且加減速度不易控制，這樣又給絞車提升過程帶來安全隱患，容易造成掉道等事故的發生。

2.2.5 無法實現控制的雙線制

這種電控系統無法實現控制的雙線制。

2.3 防爆變頻絞車控制系統概況

ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統以PLC為控制核心，PLC 控制防爆變頻器實現無極調速，調速平滑，速度調節范圍寬。過速保護、過流保護、欠電壓保護等通過各種傳感器檢出的信號送給PLC，經A/D 轉換后再經軟件實現其保護功能。控制保護功能完善，而且物理接線簡單，易于維護[2-3]。該系統有以下優點：

（1）絞車拖動電動機采用防爆型三相異步調速電動機，控制裝置和變頻器為防爆型，適于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸危險的環境中使用，與原車相比，安全性大為提高。

（2）與串電阻相比，體積小、移動方便、硐室開拓量小。

（3）變頻器采用矢量、四象限運行，其調速性能如同直流電動機的調速性能，是20 世紀科技的重大進步。

（4）操作簡單、運行安全穩定、故障率低、基本免維護。

（5）采用雙PLC 控制系統，軟件編程方便，容易識讀，懂電氣控制原理的人員都能從運行的梯形圖中找到故障所在，縮短判斷故障的時間。

3 ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統原理概述

3.1 電控系統組成

ZJJB-II-132-6 型防爆變頻絞車控制系統主要由變頻調速系統、PLC 控制系統和信號系統組成。絞車電控系統組成如圖1 所示。

變頻調速系統由輸入電抗器、充電電阻、旁路真空接觸器、變頻器+VFD1、+VFD2 等組成。輸入電抗器用于抑制高次諧波，以減小變頻器產生的高次諧波對電網的污染。充電電阻當逆變器上電時建立起一定的電壓后才能開始調速工作及回饋制動時吸收部分能量。旁路真空接觸器當絞車在全速下運行時吸合，電動機接入工頻電源而運行，變頻器被旁路，提高變頻器的使用壽命。

圖1 控制系統組成

PLC 控制系統由安裝在控制箱內的PLC、司機操縱臺上的PLC 和CC-LINK 通訊網絡等組成。PLC 控制系統實現對絞車的啟動、加速等各種控制，實現等速階段過速15%、減速階段過速10%的保護，實現拖動電動機過負荷、動力回路的短路保護，實現對液壓站的控制和保護，實現對控制系統的監測監視保護等。PLC 選用的是日本三菱公司的FX2N 系列產品，PLC1（-A1）作為主控系統，PLC2（-A2）作為監控系統。司機臺主要由主令手柄、制動手柄、轉換開關、按（旋）鈕、指示儀表、指示燈、數字深度指示器、信號顯示屏等組成。附件主要有軸編碼器、巷道及機械式深度指示器開關等。

信號系統由下井口信號箱、上井口信號箱、絞車硐室顯示箱、語音報警裝置等組成。下井口的開車信號必須經上井口信號工轉發，不能越過上井口信號工直接向絞車司機發信號。信號系統還具有呼叫通話、聲光報警、顯示和閉鎖等功能[4-5]。

3.2 電控系統工作原理概述（以上提為例）

司機操縱控制裝置啟動液壓站泵電動機使液壓站工作，為解除制動準備，等待絞車工作。

下井口信號工發出開車信號，上井口信號工將其信號轉發給絞車房，絞車控制系統接收到上井口信號工發來的開車信號后，司機操動手把解除安全制動開始啟動，PLC 根據司機控制手把的位置啟動相應的控制程序，控制變頻器使其輸出電壓和頻率按一定規律變化的三相頻率可調的正弦波電源，三相交流異步電動機轉動，絞車開始運行。

PLC 控制變頻器實現絞車的啟動、初加速、主加速、等速、減速及低速爬行等運行方式。

4 結論

防爆變頻絞車控制系統投入運行以來設備運行性能良好、控制精度高、維護量小，工作可靠，系統的安全性能高，降低了電耗及維護費用，減低了絞車運行時的噪聲，減少了設備安裝空間，實現了絞車安全高效運行。

防爆變頻絞車控制系統具有控制性能優良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小等優點，已成為礦井提升絞車控制系統的發展方向，推廣應用后運行安全可靠且經濟效益非常可觀。

[1]馮文軼.采掘電工維修手冊[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006：26-28.

[2]許斌.煤礦電工學[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009：15-16.

[3]賴昌干.礦山電工學[M].北京：煤炭工業出版社，2007：19-21.

[4]趙東林.綜采電氣設備[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2006：98-99.

[5]顧永輝.煤礦電工手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1998：20-22.