0、序言
由于鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)（以下簡稱“鋼帶機(jī)”）既可運(yùn)人又可運(yùn)煤，應(yīng)用靈活，所以在我國廣泛應(yīng)用于煤礦井下的運(yùn)輸。傳統(tǒng)的鋼帶機(jī)電控系統(tǒng)一般都是采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而直流調(diào)速系統(tǒng)由于技術(shù)本身的原因是無法實現(xiàn)防爆，按照煤礦安全規(guī)程第四百四十條的要求，不能用于井下使用。因此，急需解決井下鋼帶機(jī)的防爆拖動問題，以滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求。
1、拖動控制系統(tǒng)的要求
鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效的主要運(yùn)輸設(shè)備。在大型鋼帶機(jī)多電機(jī)多滾筒的拖動系統(tǒng)中，拖動方式以直流拖動、交流繞線電機(jī)串級調(diào)速、交流繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速拖動等為主，顯然上述方法很難防爆要求。 、
鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)對拖動技術(shù)的特殊要求：
·起動平穩(wěn)，可滿載起動；
·調(diào)速方便，可實現(xiàn)運(yùn)人、運(yùn)料、驗繩等多種速度；
·負(fù)力提升時能自動進(jìn)入電氣制動運(yùn)行狀態(tài)，再生能量通過回饋電網(wǎng)實現(xiàn)電氣制動；
·處理事故或檢修時可逆運(yùn)行；
·必須設(shè)置可靠的各種安全保護(hù)裝置；
·維護(hù)量小。
本系統(tǒng)采用隔爆兼本安四象限變頻四控制。
2、系統(tǒng)組成、原理及特點
本系統(tǒng)由拖動部分、控制部分及相關(guān)傳感器等組成。
2.1 拖動部分的原理及功能
在本系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是拖動部分，而變頻器是拖動部分的核心。系統(tǒng)設(shè)計采用無速度傳感器磁通矢量控制的變頻器。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
2.1.1磁通矢量控制
本系統(tǒng)變頻器采用SPWM磁通矢量控制方式。實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機(jī)上安裝精密的測速裝置，但在井下鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)上安裝測速裝置是很困難的，同時會增加系統(tǒng)的維護(hù)量。SPWM磁通矢量控制無需專門的測速裝置，其基本控制思想是根據(jù)輸入電動機(jī)的參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。采用SPWM磁通矢量控制的變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，以保證在低頻運(yùn)行時額定轉(zhuǎn)矩的輸出。
2.1.2 軟起動、軟停車
軟起動、軟停止特性是鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的首選目標(biāo)。鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時具有極大的慣性，起動加速度與停車減速度的值越大，在機(jī)械系統(tǒng)上儲存的能量就越大，而釋放這些能量就會對輸送機(jī)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生極大的沖擊。本系統(tǒng)的起動、停止時間是任意可調(diào)的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調(diào)。同時為了平穩(wěn)起動，匹配其具備的S型加減速曲線，這樣可將鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)起停時產(chǎn)生的沖擊減至最小。
2.1.3平穩(wěn)的重載起動
鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)在輸煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，因此，必須考慮“重載起動”能力。由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)可輸出1,5-2倍額定轉(zhuǎn)矩，適于“重載起動”。
由圖2，可以看出變頻器拖動電動機(jī)在任何頻率下（即任何速度下），其機(jī)械特性曲線基本保持一致。
2.1.4自動回饋制動
當(dāng)系統(tǒng)處于負(fù)力運(yùn)行時能自動進(jìn)入回饋制動運(yùn)行狀態(tài)，此時的整流器處于逆變狀態(tài)，向電網(wǎng)回饋能量，在負(fù)力提升的狀態(tài)下實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制，而且可以節(jié)省能量。
本系統(tǒng)的整流橋為可控整流橋，當(dāng)系統(tǒng)處于負(fù)力運(yùn)行時，電機(jī)將發(fā)電運(yùn)行，而電網(wǎng)成為了負(fù)載。此時，原逆變橋?qū)⒆鰹檎鳂蚬ぷ鳎鳂騽t做為逆變橋工作。由于AFE的技術(shù)與相位跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，變頻控制系統(tǒng)可使回饋波形與電網(wǎng)波形保持一致，而相位相反，從而實現(xiàn)再生能量的回饋制動。
2.1.5實現(xiàn)無級調(diào)速
鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)，不僅可實現(xiàn)運(yùn)人、運(yùn)料、驗繩等多種速度，而且可實現(xiàn)無級調(diào)速。變頻器可調(diào)整電機(jī)于5%~100%額定帶速范圍內(nèi)的任意帶速長期工作，并且在任意速度下均可提供額定轉(zhuǎn)矩。由于采用了PLC控制，它可以檢測本膠帶機(jī)和上一條膠帶機(jī)的負(fù)荷，然后根據(jù)負(fù)荷的大小，控制膠帶機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣可大大節(jié)約電能，同時降低鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)設(shè)備的損耗，延長使用壽命。
平煤十礦鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī)，不僅可以通過“運(yùn)行方式”選擇“運(yùn)煤”、“運(yùn)人”或“驗繩”以達(dá)到不同的速度設(shè)定，還提供了無級調(diào)速接口以供現(xiàn)場需要進(jìn)行調(diào)速。
2.1.6可任意調(diào)整加、減速度
鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī)，要求起動平穩(wěn)，并可滿載起動。為減少機(jī)械沖擊與電機(jī)容量，要求加、減速度要小于0.2m/s2；同時為防止起動時瞬時打滑，要求等加速起動。
變頻器的加減時間可分別任意調(diào)整(0.1-9999秒)，故加減速度可以根據(jù)需要任意設(shè)定，滿足鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī)電力拖動的特殊要求。
2.1.7保護(hù)和故障自診斷．
變頻器具有完善的保護(hù)功能，以保障電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。如：過壓、欠壓、過流、過熱、短路、接地、三相不平衡、缺相等保護(hù)功能，不僅能保留10次故障代碼，還能保存相應(yīng)的故障參數(shù)。
2.1.8散熱功能
通用變頻器在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但由于大功率器件的散熱問題一直未能得到解決，而沒有在煤礦井下得到廣泛的應(yīng)用，本系統(tǒng)很好的解決了大功率器件的散熱問題，在煤礦井下投入使用取得了很好效果。
2.1.9特殊措施
針對礦山應(yīng)用的特殊環(huán)境，隔爆變頻器除了在箱體結(jié)構(gòu)方面采取了相應(yīng)的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
2.2控制部分原理及功能
控制部分由PLC控制箱、操作控制臺組成，其配置圖如圖3所示。
2.2.1 隔爆兼本安型PLC控制箱
1)膠帶邊緣線速度等同控制
平煤十礦鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)系統(tǒng)采用四臺電機(jī)驅(qū)動。為了保證其同步性，要求四臺電機(jī)應(yīng)同步起動停車，在某一電機(jī)或驅(qū)動系統(tǒng)故障時能系統(tǒng)停車。為了使系統(tǒng)更好的工作，自動調(diào)整四臺電機(jī)之間的微小速度差，由PLC調(diào)整四臺隔爆變頻器的速度給定及頻率給定增益，保證四臺電機(jī)之間的功率平衡以及膠帶邊緣線速度等同。
2)動態(tài)功率平衡
在保證膠帶邊緣速度等同的前提下j可以通過PLC控制系統(tǒng)采樣四臺隔爆變頻器的電流值，再通過調(diào)整四臺電機(jī)的速度來使四臺電機(jī)電流值逐步趨于平衡，形成一個動態(tài)的功率平衡系統(tǒng)。
31膠帶機(jī)的保護(hù)
膠帶機(jī)具有繩脫槽保護(hù)、帶脫槽保護(hù)、斷繩保護(hù)、乘人上下越位保護(hù)（兩極雙保護(hù)）、電機(jī)的溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)、煤倉堆煤保護(hù)、超溫超塵灑水等保護(hù)功能。
2.2.2本質(zhì)安全型操作集控臺
操作集控臺具有設(shè)備操作及顯示功能。設(shè)備操作：操作方式選擇、速度設(shè)定、起停膠帶輸送機(jī)、可逆運(yùn)行等；在操作臺實時顯示四臺電機(jī)的電流、電壓、速度、故障保護(hù)狀態(tài)和斷繩、上行下行越位、張緊狀態(tài)、煤倉煤位、堆煤、打滑、溫度等保護(hù)。
1)操作方式：
考慮到用戶現(xiàn)場的需要及方便使用，本系統(tǒng)只分為正常操作方式和檢修操作方式，以便簡化用戶的操作。
并可在系統(tǒng)故障狀態(tài)下，可以實現(xiàn)三機(jī)運(yùn)行或雙機(jī)運(yùn)行。
2)速度設(shè)定：
根據(jù)用戶現(xiàn)場的實際負(fù)載及工況要求，用戶可選擇“運(yùn)物”、“運(yùn)人”、“驗繩”及“無級調(diào)速”四種調(diào)速方式，以適應(yīng)不同的負(fù)載情況。
3)可逆運(yùn)行：
應(yīng)用過程中，尤其是檢修時，需要膠帶輸送機(jī)反轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)可以通過改變變頻器中IGBT的導(dǎo)通順序?qū)崿F(xiàn)膠帶輸送機(jī)的可逆運(yùn)行，
4)內(nèi)置溫度巡檢儀，實現(xiàn)超溫保護(hù)：
操作臺內(nèi)置8通道溫度巡檢儀，實時檢測電機(jī)、電機(jī)軸承、減速器、主滾筒軸承等部位的溫度檢測，實現(xiàn)超溫報警功能。
5)實現(xiàn)開車語音預(yù)警
6)實現(xiàn)兩條牽引鋼絲繩的張力調(diào)節(jié)
7)故障自診斷功能
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障自診斷；
軸編碼器的故障自診斷；
-保護(hù)發(fā)生的位置的診斷等。
2.3保護(hù)系統(tǒng)及傳感器
由于本系統(tǒng)各種保護(hù)的數(shù)量多，如果每個傳感器采用電纜直聯(lián)，不僅要耗費較多的電纜、增加工程施工量，也不利于系統(tǒng)的檢修和維護(hù)。因此，本系統(tǒng)的傳感器采用現(xiàn)場總線型，只需敷設(shè)一根三芯屏蔽電纜，通過總線將所有的保護(hù)和傳感器納入網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)具有就地急停及啟動確認(rèn)；超速保護(hù)、打滑保護(hù)；斷繩保護(hù)、繩脫槽保護(hù)、帶脫槽保護(hù)、沿線停機(jī)保護(hù)；滿倉、堆煤保護(hù)；機(jī)尾重錘限位保護(hù)；煙霧保護(hù)；超溫灑水和防塵灑水保護(hù)等。
由于乘人越位保護(hù)的重要性，因此，上下各設(shè)兩級乘人越位保護(hù)點，實現(xiàn)越位的兩級保護(hù)，以保障人員的安全。
本系統(tǒng)還設(shè)有語音報警功能，在上下乘人區(qū)，均設(shè)立語音報警箱。開車前語音報警裝置能發(fā)出語音報警信號。
3、結(jié)論
本系統(tǒng)經(jīng)過一年的運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，滿足了平煤十礦的生產(chǎn)要求，安全性能大大提高，節(jié)能效果顯著。現(xiàn)已在平煤十三礦、平煤六礦推廣使用。
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