關(guān)于井下自動風(fēng)門變頻調(diào)速的研究

岳胡兵，杜 欣，石樹君

（1．太原礦機電氣發(fā)展有限公司，山西 太原 030032；2．天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

1 風(fēng)門的現(xiàn)狀及概述

伴隨著煤礦企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，煤礦企業(yè)對井下的人力、物力投資也與日俱增，運輸方式也呈現(xiàn)多樣化。如何讓這些資源更快地送達工作地點，如何減少井下運輸過程成了煤礦企業(yè)的研究課題。風(fēng)門在井下的應(yīng)用非常普及，煤礦井下風(fēng)門對于煤礦企業(yè)的安全以及運輸?shù)淖饔貌谎远?。長期以來，煤礦風(fēng)門都是采用人工啟閉或者電動基本控制的方式，但是由此將引發(fā)如下問題：風(fēng)門直接由電機控制，在啟動和關(guān)閉時，風(fēng)門門體有很大的沖擊力。隨著井下自動化程度的提高，對風(fēng)門的控制方式也提出了更高的要求，因此大力發(fā)展和研究自動風(fēng)門的變頻調(diào)速，對推動我國煤礦企業(yè)的自動化建設(shè)發(fā)展水平具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

2 風(fēng)門電控系統(tǒng)的組成

自動風(fēng)門的變頻調(diào)速電控裝置的系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 風(fēng)門電控系統(tǒng)組成

如圖1所示，該自動風(fēng)門的主要優(yōu)勢在于變頻器的運用，其工作核心為PLC可編程序控制器和變頻器，該系統(tǒng)的關(guān)鍵在于給風(fēng)門配置的各種傳感器，如特制光電傳感器（主要是為了礦燈和車燈準備的）、特制紅綠燈（為了給礦工顯示該自動風(fēng)門的即時運行狀況）和手動按鈕（主要是為了安全做準備）等。該系統(tǒng)設(shè)計簡單，都呈模塊工作，易于檢修。整個電氣系統(tǒng)由電控箱和外圍礦用本安傳感器構(gòu)成，本安傳感器的信號經(jīng)過光耦隔離板進行本安與非本安的信號轉(zhuǎn)換，然后進入PLC可編程序控制器。主回路上，由前級饋電開關(guān)將660V電源送至隔爆兼本安型電控箱，經(jīng)過隔離開關(guān)和快速熔斷器將電源送至交－直－交變頻器，通過改變頻率，從而達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。

因為是井下礦用產(chǎn)品，所以在電控箱的殼體制造和加工上有特殊要求，該電控箱、防爆分線盒以及各種外接傳感器等都必須通過國家礦用安全標志認證，方能下井使用。

3 自動風(fēng)門變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作流程

以2＃門為例，對自動風(fēng)門變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作流程作簡短說明。自動風(fēng)門的工作流程見圖2。

圖2 自動風(fēng)門工作流程

如圖2所示，2＃門在啟動時，利用車燈或者礦燈給光電傳感器信號，為防止不必要的動作，需要車燈或者礦燈給信號閃爍3次，風(fēng)門方能啟動；當(dāng)2＃門在接到車輛信號連續(xù)閃爍3次后，風(fēng)門系統(tǒng)開始正常工作，同時在1＃門外安裝的紅綠燈的紅燈開始并一直閃爍（直到整個系統(tǒng)工作完畢），警告和提示1＃門外的車輛和行人，2＃門外有車輛和行人進入，同時，2＃門開始打開，先加速后減速，為了安全考慮，在每道風(fēng)門上都安裝了行程開關(guān)，2＃風(fēng)門停止時，2＃門外的綠燈亮、紅燈滅，2＃門可以通行車輛，通行完畢或者自動設(shè)置時間到，2＃門開始關(guān)閉，2＃門工作結(jié)束；然后轉(zhuǎn)到1＃門工作，1＃門進行開門和關(guān)門，但是如果在關(guān)門過程中遇到有人或者車輛進入，風(fēng)門立刻轉(zhuǎn)到開門狀態(tài)，也即是防夾檢測工作狀態(tài)中，待風(fēng)門全部工作結(jié)束后，紅綠燈都變?yōu)榫G色。

在風(fēng)門的啟動中，需要考慮以下幾個問題：

（1）兩道風(fēng)門不能同時啟動，所以在本系統(tǒng)做了兩道風(fēng)門的閉鎖，為保證安全和可靠，閉鎖使用硬件和軟件雙向閉鎖。

（2）風(fēng)門在關(guān)閉過程中不能發(fā)生被夾事故，所以安裝了光電傳感器，與電梯類似。

（3）兩道風(fēng)門在接到信號開始啟動后，在整個系統(tǒng)工作完畢前不再接受開門信號，但是為了給礦工更好地指示當(dāng)前風(fēng)門的工作狀態(tài)，特采用礦用本安型紅綠燈做安全指示。

（4）風(fēng)門在開啟和關(guān)閉過程中采用變頻無級調(diào)速，使用ABB進口變頻器，以保證質(zhì)量，風(fēng)門在開啟和關(guān)閉過程中均有加速、恒速和減速過程，此為本系統(tǒng)的核心。

（5）兩道風(fēng)門的加、減速時間以及兩道風(fēng)門啟動

和關(guān)閉之間的切換時間可以很方便地在控制箱上利用按鈕進行顯示屏（觸摸屏）設(shè)定。

4 PLC及其程序

圖3為該風(fēng)門工作的部分梯形圖，由于本系統(tǒng)工作更多地涉及到連鎖工作以及防止誤動作方面，因此在本系統(tǒng)的程序中通過燈光的閃爍次數(shù)來消除誤動作的影響，進而保證安全。

圖3 自動風(fēng)門軟件程序

5 小結(jié)

煤礦井下自動風(fēng)門的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是通過控制變頻器的加速、恒速以及減速，從而達到控制電機和風(fēng)門啟動過程的目的?？梢赃@么說，在通用的自動風(fēng)門的控制模式下，變頻調(diào)速的自動風(fēng)門在啟動和關(guān)閉過程中會更加平緩，門體的沖擊會非常小，因此，研究和制造自動風(fēng)門的變頻調(diào)速裝置具有較高的推廣價值。