摘要：结合山西潞宁孟家窑煤业有限公司架空乘人装置四象限变频调速系统的设计与实施，介绍了控制系统的硬件组成、软件实现等内容。现场应用表明：该系统完全满足山西潞宁孟家窑煤业有限公司对架空乘人装置的控制要求，有一定的先进性，值得推广应用。
关键词：架空乘人装置；四象限变频调速；控制系统
0引言
架空乘人装置牵引力大、爬坡能力强，适用于采区煤层上（下）山工作面顺槽及综掘巷道的人员辅助连续运输。本文介绍的架空乘人装置四象限变频调速控制系统，能满足架空乘人装置的各种运行方式，可实现连续变频调速、软启动，低频转矩大，调速范围广，功率因数高，谐波含量低，能很好地防止架空乘人装置的事故发生，实现无人值守功能，安全可靠，运行平稳，并且能将下放和制动时产生的势能转变成电能回馈给电网，可节电20％～30％，具有十分明显的节能效果。
1四象限变频调速控制系统概述
该架空乘人装置四象限变频调速控制系统包括：①电源进线柜一台；②变频柜一台；③回馈制动柜一台；④PLC控制兼司机操作台一套；⑤轴编码器两套；⑥掉绳和重锤保护传感器16台套；⑦上位显示器一台；⑧拉线急停和语音通信系统15台套；⑨红外热释传感器二套。架空乘人装置的电机型号为YBPT280M－6，额定功率为75kW、频率为50Hz，额定电压为380V，功率因数0.88；减速机型号为MC3RVSF08－40，减速比为40:1；安装长度约1349m，最大倾角16°；工作制度为330天／年，16小时／天；最大输送人员（单向）为198人／h，可同时双侧上下人；防爆电力液压块式制动器型号为BYWZ3B－315／45；轮边制动器型号为YLBZ40－160；吊椅数量为360个；运行速度为1.20m／s，最大运行速度不大于1.6m／s，达到最高速度时可满足295人／h的运送要求；井口、井底上下人位置安装零速度上下人装置。该系统采用变频调速结合PLC控制技术，根据架空乘人装置的实际负载大小无级调节运行速度［1］。变频器选用ABB变频器ACS880系列，能量回馈单元选用深圳加能PSG－06系列，可在运行过程中随时检测电动机的负载情况，自动调整功率输出，使电动机始终运行于最佳状态，并判断母线电压，当其高于设定电压时，能量回馈单元启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。控制系统设计了三种工作方式，即手动工作方式、自动控制方式和点动工作方式，各种控制方式转换灵活，有效地保证了辅助运输系统工作的连续性。操作台上设有数字转速表、数字电流表和数字电压表，用以显示架空乘人装置的运行速度、电机电流和电源电压。当该系统发生故障时能自动闭锁，而且只有在清除故障并使系统复位后才能重新启动运行。上位机可动态模拟显示架空乘人装置运行参数和运行状态，当设备发生故障时能实时显示故障状态、故障性质和故障原因分析，实现对各种非正常运行状态的实时处理。系统通过红外热释传感器实现无人值守功能［2］，即没有人乘坐时，架空乘人装置停止运行，减少损耗；一旦有人乘坐，架空乘人装置自动运行，当检测到有人到达下车点时，播放"您已到站，请下车"的语音提示，以确保人身安全。全巷道内设有语音通话和背景音乐系统［3］，可实现巷道内人与人之间的通话、播放重要通知和上下班背景音乐。系统设有轴编码器两套，分别安装在架空乘人装置电机的高速轴和低速轴上，编码器将数字脉冲信号传送到PLC的高速输入端，用来监测架空乘人装置的运行速度，同时两个轴编码器互相独立，相互监视。系统还可实现如下安全保护功能：①全巷道拉线急停保护；②超速、欠速打滑保护；③机头、机尾越位保护；④掉绳保护；⑤重锤上、下限位保护，即钢丝绳过紧、过松保护；⑥过流、过压、欠压保护；⑦电机温度过高保护；⑧减速机温度过高保护；⑨制动器失效保护；⑩同其他电气互锁保护。
2四象限变频调速控制系统硬件组成
2.1PLC系统
可编程控制器配置如下：（1）CPU主模块：FX3U－128MR，是控制系统的核心，本身带有64点输入和64点输出。（2）以太网通信模块：FX3U－ENET－ADP。（3）输入扩展模块：FX2N－16EX，16点输入。（4）输出扩展模块：FX2N－16EYR，16点输出。（5）模拟量输入模块：FX3U－4AD，输入通道4个，最大分辨率12位。
2.2变频器系统
（1）变频器选用ABB公司ACS880－01－174A－7，轻载功率为160kW，重载功率为132kW，采用最先进的直接转矩控制（DTC）技术和安全力矩中断（STO）技术，克服了变频器矢量控制方式的不足，具有优良的动静态调速性能。（2）回馈模块选用深圳加能PSG－06－160H，额定电压为660V，额定功率为160kW，额定电流为145A，可实现完全的正弦波能量回馈，其本身含有输入电抗器和噪声滤波器，不会对电网和周边的电器设备造成干扰。
2.3拉线急停和语音通信系统
（1）主机：型号KHP156－Z2，1台，是拉线急停和语音通信系统的主机，当需紧急停车时，拉下钢丝绳，急停信号会通过RS485总线传至KHP156－Z2主机，再通过主机输出给PLC，从而停止架空乘人装置的运行，急停恢复后，架空乘人装置才能运行，主机可显示几号急停开关动作；作为语音通信系统和打点使用时，能实现音量控制、频道显示、呼叫和通话等功能。（2）拉线急停：型号KHJ－0.2／12B，15台，与主机配套使用，在井下沿巷道均匀布置，互相用细钢丝绳连接。（3）信号放大器：型号KLH0.5／12，2台，用于放大信号，延长系统通讯距离。（4）语音通话打点器：KXH127，15台，可实现打点、通话和背景音乐播放等。
2.4上位监控系统
上位触摸显示屏：THA62－MT，14吋彩显，可实时显示设备的运行参数和状态，故障时提供故障性质和故障原因分析，由无锡信捷电气股份有限公司生产。
2.5掉绳保护传感器
型号GEJ25／35，14台，装于上坡变道点，用于检测架空乘人装置钢丝绳是否掉道。
2.6重锤检测传感器
型号GEJ25／35，2台，装于机尾，用于架空乘人装置钢丝绳过紧、过松检测。
2.7红外热释传感器
型号HY－02A－G5X，2台，用于检测是否有人员到达，实现无人值守和发出"您已到站，请下车"的语音报警提示。2.8旋转编码器型号ZXF－10BM－C24C，2台，用于检测架空乘人装置的运行速度。
3四象限变频调速控制系统软件实现
3.1PLC软件
PLC软件采用三菱公司的GXDEVELOPER软件，可满足与触摸显示屏的通讯、与矿井生产调度中心进行数据传输和信息交换，其梯形图编辑功能完全能满足架空乘人装置控制的具体要求。PLC在检测架空乘人装置的运行速度时，两台旋转编码器的输出信号分别接在其高速计数器X0和X1上，程序采用中断子程序检测其脉冲个数，每隔99ms检测一次，然后把数据传送到PLC数据存贮器中进行计算处理，当PLC发现实际运行速度超过设定的速度时，立即停止架空乘人装置的运行。
3.2上位监控软件
触摸显示屏软件选用无锡信捷电气股份有限公司的TouchWin编辑软件，它支持任意大小和任意字体，支持BMP和JPG格式的图片，65536真彩色显示，具有数据动态显示监控、棒状图、实时／历史趋势图、时间趋势图、XY趋势图、XY折线图、离散／连续数据柱状图、实时报警和历史报警记录等完善的控制功能，可实现以太网多重组网，突破传统控制方式，实现一对多、多对一、多对多的多重组网模式，完全能满足架空乘人装置的显示要求。
4结论
该架空乘人装置四象限变频调速控制系统不仅可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到彻底的节能效果，而且可以减少设备的机械磨损，延长了架空乘人装置的使用寿命，节约了成本，提高了输入功率因数，消除了对电网的谐波污染，为实现国家“双碳”战略目标做出了应有的贡献，经济社会效益显著，值得在其他煤矿推广应用。
参考文献：
［1］吴忠智，吴加林.变频器应用手册［M］.北京：机械工业出版社，1997.
［2］陈世明，何立菊.架空乘人器系统技改及自动保证装置在龙滩矿井的应用［J］.煤矿机械，2011，32（5）：160－162.
［3］于立浩，卜红岗.煤矿架空乘人装置PLC电气自动控制系统研究［J］.价值工程，2013，32（35）：53－54
作者：杨洋 单位：山西格瑞泰科技有限公司