楊 洋

(山西格瑞泰科技有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

架空乘人裝置牽引力大、爬坡能力強，適用于采區(qū)煤層上(下)山工作面順槽及綜掘巷道的人員輔助連續(xù)運輸。本文介紹的架空乘人裝置四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，能滿足架空乘人裝置的各種運行方式，可實現(xiàn)連續(xù)變頻調(diào)速、軟啟動，低頻轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，功率因數(shù)高，諧波含量低，能很好地防止架空乘人裝置的事故發(fā)生，實現(xiàn)無人值守功能，安全可靠，運行平穩(wěn)，并且能將下放和制動時產(chǎn)生的勢能轉(zhuǎn)變成電能回饋給電網(wǎng)，可節(jié)電20%～30%，具有十分明顯的節(jié)能效果。

1 四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述

該架空乘人裝置四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)包括：①電源進線柜一臺；②變頻柜一臺；③回饋制動柜一臺；④PLC控制兼司機操作臺一套；⑤軸編碼器兩套；⑥掉繩和重錘保護傳感器16臺套；⑦上位顯示器一臺；⑧拉線急停和語音通信系統(tǒng)15臺套；⑨紅外熱釋傳感器二套。

架空乘人裝置的電機型號為YBPT280M-6，額定功率為75 kW、頻率為50 Hz，額定電壓為380 V，功率因數(shù)0.88；減速機型號為MC3RVSF08-40，減速比為40∶1；安裝長度約1 349 m，最大傾角16°；工作制度為330天/年，16小時/天；最大輸送人員(單向)為198人/h，可同時雙側(cè)上下人；防爆電力液壓塊式制動器型號為BYWZ3B-315/45；輪邊制動器型號為YLBZ40-160；吊椅數(shù)量為360個；運行速度為1.20 m/s，最大運行速度不大于1.6 m/s，達到最高速度時可滿足295人/h的運送要求；井口、井底上下人位置安裝零速度上下人裝置。

該系統(tǒng)采用變頻調(diào)速結(jié)合PLC控制技術(shù)，根據(jù)架空乘人裝置的實際負(fù)載大小無級調(diào)節(jié)運行速度[1]。變頻器選用ABB變頻器ACS880系列，能量回饋單元選用深圳加能PSG-06系列，可在運行過程中隨時檢測電動機的負(fù)載情況，自動調(diào)整功率輸出，使電動機始終運行于最佳狀態(tài)，并判斷母線電壓，當(dāng)其高于設(shè)定電壓時，能量回饋單元啟動，將直流逆變成交流，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達到節(jié)能的效果。

控制系統(tǒng)設(shè)計了三種工作方式，即手動工作方式、自動控制方式和點動工作方式，各種控制方式轉(zhuǎn)換靈活，有效地保證了輔助運輸系統(tǒng)工作的連續(xù)性。操作臺上設(shè)有數(shù)字轉(zhuǎn)速表、數(shù)字電流表和數(shù)字電壓表，用以顯示架空乘人裝置的運行速度、電機電流和電源電壓。當(dāng)該系統(tǒng)發(fā)生故障時能自動閉鎖，而且只有在清除故障并使系統(tǒng)復(fù)位后才能重新啟動運行。上位機可動態(tài)模擬顯示架空乘人裝置運行參數(shù)和運行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時能實時顯示故障狀態(tài)、故障性質(zhì)和故障原因分析，實現(xiàn)對各種非正常運行狀態(tài)的實時處理。

系統(tǒng)通過紅外熱釋傳感器實現(xiàn)無人值守功能[2]，即沒有人乘坐時，架空乘人裝置停止運行，減少損耗；一旦有人乘坐，架空乘人裝置自動運行，當(dāng)檢測到有人到達下車點時,播放"您已到站,請下車"的語音提示,以確保人身安全。全巷道內(nèi)設(shè)有語音通話和背景音樂系統(tǒng)[3]，可實現(xiàn)巷道內(nèi)人與人之間的通話、播放重要通知和上下班背景音樂。系統(tǒng)設(shè)有軸編碼器兩套，分別安裝在架空乘人裝置電機的高速軸和低速軸上，編碼器將數(shù)字脈沖信號傳送到PLC的高速輸入端，用來監(jiān)測架空乘人裝置的運行速度，同時兩個軸編碼器互相獨立，相互監(jiān)視。

系統(tǒng)還可實現(xiàn)如下安全保護功能：①全巷道拉線急停保護；②超速、欠速打滑保護；③機頭、機尾越位保護；④掉繩保護；⑤重錘上、下限位保護，即鋼絲繩過緊、過松保護；⑥過流、過壓、欠壓保護；⑦電機溫度過高保護；⑧減速機溫度過高保護；⑨制動器失效保護；⑩同其他電氣互鎖保護。

2 四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)硬件組成

2.1 PLC系統(tǒng)

可編程控制器配置如下：

(1) CPU主模塊：FX3U-128MR，是控制系統(tǒng)的核心，本身帶有64點輸入和64點輸出。

(2) 以太網(wǎng)通信模塊：FX3U-ENET-ADP。

(3) 輸入擴展模塊：FX2N-16EX，16點輸入。

(4) 輸出擴展模塊：FX2N-16EYR，16點輸出。

(5) 模擬量輸入模塊：FX3U-4AD，輸入通道4個，最大分辨率12位。

2.2 變頻器系統(tǒng)

(1) 變頻器選用ABB公司ACS880-01-174A-7，輕載功率為160 kW，重載功率為132 kW，采用最先進的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)技術(shù)和安全力矩中斷(STO)技術(shù)，克服了變頻器矢量控制方式的不足，具有優(yōu)良的動靜態(tài)調(diào)速性能。

(2) 回饋模塊選用深圳加能PSG-06-160H，額定電壓為660 V，額定功率為160 kW，額定電流為145 A，可實現(xiàn)完全的正弦波能量回饋，其本身含有輸入電抗器和噪聲濾波器，不會對電網(wǎng)和周邊的電器設(shè)備造成干擾。

2.3 拉線急停和語音通信系統(tǒng)

(1) 主機：型號KHP156-Z2，1臺，是拉線急停和語音通信系統(tǒng)的主機，當(dāng)需緊急停車時，拉下鋼絲繩，急停信號會通過RS485總線傳至KHP156-Z2主機，再通過主機輸出給PLC，從而停止架空乘人裝置的運行，急?；謴?fù)后，架空乘人裝置才能運行，主機可顯示幾號急停開關(guān)動作；作為語音通信系統(tǒng)和打點使用時，能實現(xiàn)音量控制、頻道顯示、呼叫和通話等功能。

(2) 拉線急停：型號KHJ-0.2/12B，15臺，與主機配套使用，在井下沿巷道均勻布置，互相用細(xì)鋼絲繩連接。

(3) 信號放大器:型號KLH0.5/12，2臺，用于放大信號，延長系統(tǒng)通訊距離。

(4) 語音通話打點器：KXH127，15臺，可實現(xiàn)打點、通話和背景音樂播放等。

2.4 上位監(jiān)控系統(tǒng)

上位觸摸顯示屏：THA62-MT，14吋彩顯，可實時顯示設(shè)備的運行參數(shù)和狀態(tài)，故障時提供故障性質(zhì)和故障原因分析，由無錫信捷電氣股份有限公司生產(chǎn)。

2.5 掉繩保護傳感器

型號GEJ25/35，14臺，裝于上坡變道點，用于檢測架空乘人裝置鋼絲繩是否掉道。

2.6 重錘檢測傳感器

型號GEJ25/35，2臺，裝于機尾，用于架空乘人裝置鋼絲繩過緊、過松檢測。

2.7 紅外熱釋傳感器

型號HY-02A-G5X，2臺，用于檢測是否有人員到達，實現(xiàn)無人值守和發(fā)出"您已到站,請下車"的語音報警提示。

2.8 旋轉(zhuǎn)編碼器

型號ZXF-10BM-C24C，2臺，用于檢測架空乘人裝置的運行速度。

3 四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

3.1 PLC軟件

PLC軟件采用三菱公司的GX DEVELOPER軟件，可滿足與觸摸顯示屏的通訊、與礦井生產(chǎn)調(diào)度中心進行數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，其梯形圖編輯功能完全能滿足架空乘人裝置控制的具體要求。

PLC在檢測架空乘人裝置的運行速度時，兩臺旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號分別接在其高速計數(shù)器X0和X1上，程序采用中斷子程序檢測其脈沖個數(shù)，每隔99 ms檢測一次，然后把數(shù)據(jù)傳送到PLC數(shù)據(jù)存貯器中進行計算處理，當(dāng)PLC發(fā)現(xiàn)實際運行速度超過設(shè)定的速度時，立即停止架空乘人裝置的運行。

3.2 上位監(jiān)控軟件

觸摸顯示屏軟件選用無錫信捷電氣股份有限公司的Touch Win編輯軟件，它支持任意大小和任意字體，支持BMP和JPG格式的圖片，65536真彩色顯示，具有數(shù)據(jù)動態(tài)顯示監(jiān)控、棒狀圖、實時/歷史趨勢圖、時間趨勢圖、XY趨勢圖、XY折線圖、離散/連續(xù)數(shù)據(jù)柱狀圖、實時報警和歷史報警記錄等完善的控制功能，可實現(xiàn)以太網(wǎng)多重組網(wǎng)，突破傳統(tǒng)控制方式，實現(xiàn)一對多、多對一、多對多的多重組網(wǎng)模式，完全能滿足架空乘人裝置的顯示要求。

4 結(jié)論

該架空乘人裝置四象限變頻調(diào)速控制系統(tǒng)不僅可以將電動機回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng)，達到徹底的節(jié)能效果，而且可以減少設(shè)備的機械磨損，延長了架空乘人裝置的使用壽命，節(jié)約了成本，提高了輸入功率因數(shù)，消除了對電網(wǎng)的諧波污染，為實現(xiàn)國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)做出了應(yīng)有的貢獻，經(jīng)濟社會效益顯著，值得在其他煤礦推廣應(yīng)用。