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摘要：針對(duì)煤礦井下絞車(chē)調(diào)速控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度低、可靠性差，嚴(yán)重影響絞車(chē)井下運(yùn)行安全的現(xiàn)狀，提出了一種新的井下絞車(chē)智能控制系統(tǒng)，通過(guò)采用車(chē)速及泄漏打點(diǎn)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)梭車(chē)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的靈活調(diào)整，不僅顯著降低了絞車(chē)運(yùn)行時(shí)的功耗，還將絞車(chē)反應(yīng)速度提升了83.7%以上，有效提升了絞車(chē)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：絞車(chē)；智能控制；閉環(huán)反饋

無(wú)極繩絞車(chē)是一種被廣泛應(yīng)用在煤礦井下的重載運(yùn)輸設(shè)備，具有載重量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，主要用于對(duì)液壓支架、采煤機(jī)等大型設(shè)備的整體式轉(zhuǎn)運(yùn)。由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，無(wú)極繩絞車(chē)在實(shí)際使用過(guò)程中需要根據(jù)井下物料運(yùn)輸需求和地質(zhì)條件的不同來(lái)靈活調(diào)整轉(zhuǎn)運(yùn)速度和狀態(tài)。目前的無(wú)極繩絞車(chē)控制系統(tǒng)多采用二象限變頻器驅(qū)動(dòng)控制，不僅控制靈敏度不高，而且控制可靠性差，難以滿足井下復(fù)雜地質(zhì)條件下的牽引控制要求。結(jié)合井下?tīng)恳刂频膶?shí)際需求，本文提出了一種新的井下絞車(chē)智能控制系統(tǒng)，以四象限變頻控制器為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警，同時(shí)通過(guò)采用車(chē)速及泄漏打點(diǎn)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)梭車(chē)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的靈活調(diào)整。實(shí)際應(yīng)用表明，新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⒔g車(chē)工作時(shí)的功耗降低27.6%以上，將絞車(chē)調(diào)速的反應(yīng)速度提升83.7%以上，顯著提升了絞車(chē)工作時(shí)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。鑒于此，新的井下絞車(chē)智能控制系統(tǒng)目前已經(jīng)在多個(gè)煤礦得到了推廣應(yīng)用。

1絞車(chē)智能控制系統(tǒng)

以SQ-120/132P無(wú)極繩絞車(chē)為例，其主要由張緊裝置、換向裝置、絞車(chē)及控制系統(tǒng)構(gòu)成。在工作過(guò)程中，絞車(chē)通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)鋼絲繩的線速度，鋼絲繩牽引梭車(chē)運(yùn)行，并通過(guò)梭車(chē)碰頭來(lái)帶動(dòng)串車(chē)運(yùn)輸物料。由于串車(chē)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載狀態(tài)不同、運(yùn)輸路況不同、牽引受力方向不同，要求絞車(chē)能夠進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、無(wú)級(jí)調(diào)速，同時(shí)系統(tǒng)能夠根據(jù)絞車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)選擇合適的運(yùn)行方式，以滿足智能運(yùn)行控制要求。結(jié)合無(wú)極絞車(chē)的實(shí)際使用需求，本文所提出的絞車(chē)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。由圖1可知，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，作業(yè)人員根據(jù)串車(chē)上的負(fù)載狀態(tài)，分別設(shè)定空載、輕載和重載的接入信號(hào)，同時(shí)通過(guò)泄漏通信/打點(diǎn)來(lái)確認(rèn)對(duì)應(yīng)的串車(chē)已經(jīng)連接進(jìn)牽引系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器根據(jù)設(shè)定的串車(chē)負(fù)載狀態(tài)自動(dòng)選擇絞車(chē)運(yùn)行時(shí)的牽引速度等指標(biāo)輸出給絞車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。同時(shí)，為了確保對(duì)絞車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制，在絞車(chē)運(yùn)行的不同路段提前設(shè)定該路段的參數(shù)，當(dāng)絞車(chē)運(yùn)行到該路段后接收到路段的參數(shù)信息，根據(jù)該路段參數(shù)信息對(duì)絞車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，在確保運(yùn)行安全的情況下提升絞車(chē)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為了滿足多路段工況下控制靈活性的需求，該控制系統(tǒng)中采用了四象限變頻器，根據(jù)控制邏輯，第一象限為電機(jī)正向運(yùn)行，第三象限控制電機(jī)反向運(yùn)行，第二象限控制電機(jī)正向回饋制動(dòng)，第四象限則控制電機(jī)進(jìn)行反向回饋制動(dòng)。當(dāng)串車(chē)處于重載狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或者經(jīng)過(guò)變坡的路徑時(shí)，可采用恒壓變頻比輸出模式來(lái)控制串車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)控制器控制變頻器在第一和第三象限工作即可。當(dāng)串車(chē)處于輕載或者空載狀態(tài)時(shí)，為了提升絞車(chē)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，可以采用恒功率控制輸出的模式控制串車(chē)運(yùn)行，此時(shí)控制器控制變頻器依然在第一和第三象限內(nèi)工作。當(dāng)串車(chē)需要停車(chē)或者減速運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)牽引方向來(lái)控制變頻器的工作象限，若是正方向牽引，則在第二象限工作，使串車(chē)制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)到電網(wǎng)內(nèi)，若是反向牽引，則在第四象限內(nèi)工作[2]。

2變頻控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣，要求該變頻控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)要具有高可靠性，同時(shí)還要滿足數(shù)據(jù)處理快速性和安全性的要求。該變頻控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括PLC控制中心、泄漏通信/打點(diǎn)、變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊等，具體如圖2所示[3]。由圖2可知，該控制系統(tǒng)中各個(gè)硬件單元之間通過(guò)以太網(wǎng)相互連接，數(shù)據(jù)通信以RS-485通信協(xié)議為準(zhǔn)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析后能夠?qū)⒔g車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等顯示在觸摸屏上；PLC控制中心作為現(xiàn)場(chǎng)主控制器，通過(guò)對(duì)串車(chē)負(fù)載情況和路況的分析，精確地選擇最佳的運(yùn)行控制邏輯，并發(fā)出調(diào)整控制指令。在系統(tǒng)中加入了數(shù)字量模塊，能夠?qū)g車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行篩選和判斷，若相關(guān)參數(shù)超出了系統(tǒng)設(shè)定的正常值，則發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，以便技術(shù)人員及時(shí)處理，防止在牽引過(guò)程中發(fā)生安全事故。

3變頻控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

無(wú)極絞車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中不僅需要確保井下的運(yùn)輸安全，還需要確保能夠以最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。因此，結(jié)合實(shí)際情況，以保障運(yùn)輸安全為基礎(chǔ)，以提升運(yùn)輸效率和運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性為核心，提出了一種新的變頻控制邏輯，其結(jié)構(gòu)如圖3所示由圖3可知，變頻控制邏輯是以PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)控指令為基礎(chǔ)，若系統(tǒng)輸出的指令為模式1，則控制絞車(chē)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，控制電機(jī)處于第一或者第三象限運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)串車(chē)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)輸出的指令為模式0時(shí)，控制電機(jī)處于第二或者第四象限運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，降低工作時(shí)的能耗，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際應(yīng)用表明，該控制系統(tǒng)在相同的外界條件下能夠?qū)㈦娔芟慕档?7.6%以上，顯著提升了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，系統(tǒng)的邏輯控制采用了并行控制模式，系統(tǒng)分析出結(jié)果后能直接控制變頻器調(diào)整，因此有效提升了絞車(chē)運(yùn)行時(shí)的反應(yīng)速度。經(jīng)過(guò)對(duì)比，優(yōu)化前后絞車(chē)的反應(yīng)速度由最初的2.8s降低到了目前的0.46s，反應(yīng)速度提升了83.7%，極大地提升了絞車(chē)運(yùn)行的靈敏性和安全性。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)煤礦井下絞車(chē)調(diào)速控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度低、可靠性差，嚴(yán)重影響絞車(chē)井下運(yùn)行安全的現(xiàn)狀，提出了一種新的井下絞車(chē)智能控制系統(tǒng)，對(duì)其整體結(jié)構(gòu)和軟硬件進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：a)絞車(chē)智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)絞車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)選擇合適的運(yùn)行方式，滿足不同運(yùn)行條件下控制靈活性和安全性的需求；b)變頻控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括了PLC控制中心、泄漏通信/打點(diǎn)、變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊等，具有高可靠性和高靈敏性c)智能控制系統(tǒng)的邏輯控制采用了并行控制模式，系統(tǒng)分析出結(jié)果后能直接控制變頻器調(diào)整，能夠有效提升運(yùn)行時(shí)的反應(yīng)速度；d)新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⒔g車(chē)工作時(shí)的功耗降低27.6%以上，將絞車(chē)的反應(yīng)速度提升83.7%以上，顯著提升了絞車(chē)工作時(shí)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

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［4］寇保福，劉邱祖，馮曉.立井提升鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置的仿真分析及應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2015，34(2)：217-219.

作者：蔡俊川 單位：山西焦煤集團(tuán)嵐縣正利煤業(yè)有限公司