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摘要：針對煤礦井下絞車調速控制系統(tǒng)反應靈敏度低、可靠性差，嚴重影響絞車井下運行安全的現狀，提出了一種新的井下絞車智能控制系統(tǒng)，通過采用車速及泄漏打點系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，實現對梭車在不同運行狀態(tài)下的靈活調整，不僅顯著降低了絞車運行時的功耗，還將絞車反應速度提升了83.7%以上，有效提升了絞車運行的安全性和經濟性。

關鍵詞：絞車；智能控制；閉環(huán)反饋

無極繩絞車是一種被廣泛應用在煤礦井下的重載運輸設備，具有載重量大、結構簡單的優(yōu)點，主要用于對液壓支架、采煤機等大型設備的整體式轉運。由于煤礦井下地質條件復雜，無極繩絞車在實際使用過程中需要根據井下物料運輸需求和地質條件的不同來靈活調整轉運速度和狀態(tài)。目前的無極繩絞車控制系統(tǒng)多采用二象限變頻器驅動控制，不僅控制靈敏度不高，而且控制可靠性差，難以滿足井下復雜地質條件下的牽引控制要求。結合井下牽引控制的實際需求，本文提出了一種新的井下絞車智能控制系統(tǒng)，以四象限變頻控制器為核心，實現了對無極繩絞車運行過程的狀態(tài)監(jiān)測、故障報警，同時通過采用車速及泄漏打點系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，實現對梭車在不同運行狀態(tài)下的靈活調整。實際應用表明，新的控制系統(tǒng)能夠將絞車工作時的功耗降低27.6%以上，將絞車調速的反應速度提升83.7%以上，顯著提升了絞車工作時的安全性和經濟性。鑒于此，新的井下絞車智能控制系統(tǒng)目前已經在多個煤礦得到了推廣應用。

1絞車智能控制系統(tǒng)

以SQ-120/132P無極繩絞車為例，其主要由張緊裝置、換向裝置、絞車及控制系統(tǒng)構成。在工作過程中，絞車通過控制系統(tǒng)調節(jié)鋼絲繩的線速度，鋼絲繩牽引梭車運行，并通過梭車碰頭來帶動串車運輸物料。由于串車運行時的負載狀態(tài)不同、運輸路況不同、牽引受力方向不同，要求絞車能夠進行正反轉、無級調速，同時系統(tǒng)能夠根據絞車的運行狀態(tài)自動選擇合適的運行方式，以滿足智能運行控制要求。結合無極絞車的實際使用需求，本文所提出的絞車智能控制系統(tǒng)結構如圖1所示[1]。由圖1可知，在系統(tǒng)運行過程中，作業(yè)人員根據串車上的負載狀態(tài)，分別設定空載、輕載和重載的接入信號，同時通過泄漏通信/打點來確認對應的串車已經連接進牽引系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器根據設定的串車負載狀態(tài)自動選擇絞車運行時的牽引速度等指標輸出給絞車驅動電機。同時，為了確保對絞車運行狀態(tài)的精確控制，在絞車運行的不同路段提前設定該路段的參數，當絞車運行到該路段后接收到路段的參數信息，根據該路段參數信息對絞車驅動電機的輸出狀態(tài)進行調整，在確保運行安全的情況下提升絞車運行的經濟性。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，根據控制邏輯，第一象限為電機正向運行，第三象限控制電機反向運行，第二象限控制電機正向回饋制動，第四象限則控制電機進行反向回饋制動。當串車處于重載狀態(tài)進行轉彎或者經過變坡的路徑時，可采用恒壓變頻比輸出模式來控制串車的運行狀態(tài)，此時控制器控制變頻器在第一和第三象限工作即可。當串車處于輕載或者空載狀態(tài)時，為了提升絞車的運行效率和經濟性，可以采用恒功率控制輸出的模式控制串車運行，此時控制器控制變頻器依然在第一和第三象限內工作。當串車需要停車或者減速運行時，要根據牽引方向來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，使串車制動時的機械能轉換為電能存儲到電網內，若是反向牽引，則在第四象限內工作[2]。

2變頻控制系統(tǒng)硬件結構

由于煤礦井下地質條件復雜、工作環(huán)境惡劣，要求該變頻控制系統(tǒng)的硬件結構要具有高可靠性，同時還要滿足數據處理快速性和安全性的要求。該變頻控制系統(tǒng)的硬件結構主要包括PLC控制中心、泄漏通信/打點、變頻器、驅動電機模塊等，具體如圖2所示[3]。由圖2可知，該控制系統(tǒng)中各個硬件單元之間通過以太網相互連接，數據通信以RS-485通信協(xié)議為準，系統(tǒng)數據分析后能夠將絞車的運行狀態(tài)、故障信息等顯示在觸摸屏上；PLC控制中心作為現場主控制器，通過對串車負載情況和路況的分析，精確地選擇最佳的運行控制邏輯，并發(fā)出調整控制指令。在系統(tǒng)中加入了數字量模塊，能夠對絞車的運行狀態(tài)信息進行篩選和判斷，若相關參數超出了系統(tǒng)設定的正常值，則發(fā)出語音報警信號，以便技術人員及時處理，防止在牽引過程中發(fā)生安全事故。

3變頻控制系統(tǒng)軟件結構

無極絞車在運行過程中不僅需要確保井下的運輸安全，還需要確保能夠以最經濟的方式運行。因此，結合實際情況，以保障運輸安全為基礎，以提升運輸效率和運輸經濟性為核心，提出了一種新的變頻控制邏輯，其結構如圖3所示由圖3可知，變頻控制邏輯是以PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的調控指令為基礎，若系統(tǒng)輸出的指令為模式1，則控制絞車驅動滾筒旋轉，控制電機處于第一或者第三象限運轉狀態(tài)，能夠將電能轉換為機械能，拖動串車運行。當系統(tǒng)輸出的指令為模式0時，控制電機處于第二或者第四象限運轉狀態(tài)，能夠將機械能轉換為電能，降低工作時的能耗，提升運行經濟性。實際應用表明，該控制系統(tǒng)在相同的外界條件下能夠將電能消耗降低27.6%以上，顯著提升了系統(tǒng)運行時的經濟性。同時，系統(tǒng)的邏輯控制采用了并行控制模式，系統(tǒng)分析出結果后能直接控制變頻器調整，因此有效提升了絞車運行時的反應速度。經過對比，優(yōu)化前后絞車的反應速度由最初的2.8s降低到了目前的0.46s，反應速度提升了83.7%，極大地提升了絞車運行的靈敏性和安全性。

4結語

針對煤礦井下絞車調速控制系統(tǒng)反應靈敏度低、可靠性差，嚴重影響絞車井下運行安全的現狀，提出了一種新的井下絞車智能控制系統(tǒng)，對其整體結構和軟硬件進行了分析，結果表明：a)絞車智能控制系統(tǒng)能夠根據絞車的運行狀態(tài)自動選擇合適的運行方式，滿足不同運行條件下控制靈活性和安全性的需求；b)變頻控制系統(tǒng)的硬件結構主要包括了PLC控制中心、泄漏通信/打點、變頻器、驅動電機模塊等，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)分析出結果后能直接控制變頻器調整，能夠有效提升運行時的反應速度；d)新的控制系統(tǒng)能夠將絞車工作時的功耗降低27.6%以上，將絞車的反應速度提升83.7%以上，顯著提升了絞車工作時的安全性和經濟性。

參考文獻：

［1］孫玉祥.無極繩絞車在煤礦井下運輸的應用［J］.礦業(yè)裝備，2018(2)：122-123.

［2］趙軍業(yè).超大傾角無極繩牽引車連續(xù)運輸系統(tǒng)應用技術［J］.煤礦安全，2016，47(11)：131-134.

［3］于方洋，鄧國強.礦用無極繩絞車變頻控制系統(tǒng)及其應用［J］.工礦自動化，2011，37(11)：90-92.

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

作者：蔡俊川 單位：山西焦煤集團嵐縣正利煤業(yè)有限公司