0、序言
由于鋼絲繩牽引帶式輸送機（以下簡稱“鋼帶機”）既可運人又可運煤，應用靈活，所以在我國廣泛應用于煤礦井下的運輸。傳統的鋼帶機電控系統一般都是采用直流調速系統，而直流調速系統由于技術本身的原因是無法實現防爆，按照煤礦安全規程第四百四十條的要求，不能用于井下使用。因此，急需解決井下鋼帶機的防爆拖動問題，以滿足煤礦安全生產的要求。
1、拖動控制系統的要求
鋼絲繩牽引帶式輸送機是現代化煤礦高產高效的主要運輸設備。在大型鋼帶機多電機多滾筒的拖動系統中，拖動方式以直流拖動、交流繞線電機串級調速、交流繞線電機轉子串電阻調速拖動等為主，顯然上述方法很難防爆要求。 、
鋼絲繩牽引帶式輸送機對拖動技術的特殊要求：
·起動平穩，可滿載起動；
·調速方便，可實現運人、運料、驗繩等多種速度；
·負力提升時能自動進入電氣制動運行狀態，再生能量通過回饋電網實現電氣制動；
·處理事故或檢修時可逆運行；
·必須設置可靠的各種安全保護裝置；
·維護量小。
本系統采用隔爆兼本安四象限變頻四控制。
2、系統組成、原理及特點
本系統由拖動部分、控制部分及相關傳感器等組成。
2.1 拖動部分的原理及功能
在本系統中最關鍵的是拖動部分，而變頻器是拖動部分的核心。系統設計采用無速度傳感器磁通矢量控制的變頻器。系統原理圖如圖1所示。
2.1.1磁通矢量控制
本系統變頻器采用SPWM磁通矢量控制方式。實現精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機上安裝精密的測速裝置，但在井下鋼絲繩牽引帶式輸送機上安裝測速裝置是很困難的，同時會增加系統的維護量。SPWM磁通矢量控制無需專門的測速裝置，其基本控制思想是根據輸入電動機的參數，按照一定的關系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流的指令值達到一致，并輸出轉矩，從而實現矢量控制。采用SPWM磁通矢量控制的變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩，以保證在低頻運行時額定轉矩的輸出。
2.1.2 軟起動、軟停車
軟起動、軟停止特性是鋼絲繩牽引帶式輸送機驅動系統的首選目標。鋼絲繩牽引帶式輸送機帶負載運行時具有極大的慣性，起動加速度與停車減速度的值越大，在機械系統上儲存的能量就越大，而釋放這些能量就會對輸送機機械系統產生極大的沖擊。本系統的起動、停止時間是任意可調的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調。同時為了平穩起動，匹配其具備的S型加減速曲線，這樣可將鋼絲繩牽引帶式輸送機起停時產生的沖擊減至最小。
2.1.3平穩的重載起動
鋼絲繩牽引帶式輸送機在輸煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，因此，必須考慮“重載起動”能力。由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低頻運轉可輸出1,5-2倍額定轉矩，適于“重載起動”。
由圖2，可以看出變頻器拖動電動機在任何頻率下（即任何速度下），其機械特性曲線基本保持一致。
2.1.4自動回饋制動
當系統處于負力運行時能自動進入回饋制動運行狀態，此時的整流器處于逆變狀態，向電網回饋能量，在負力提升的狀態下實現準確的速度控制，而且可以節省能量。
本系統的整流橋為可控整流橋，當系統處于負力運行時，電機將發電運行，而電網成為了負載。此時，原逆變橋將做為整流橋工作，而原整流橋則做為逆變橋工作。由于AFE的技術與相位跟蹤技術的應用，變頻控制系統可使回饋波形與電網波形保持一致，而相位相反，從而實現再生能量的回饋制動。
2.1.5實現無級調速
鋼絲繩牽引帶式輸送機，不僅可實現運人、運料、驗繩等多種速度，而且可實現無級調速。變頻器可調整電機于5%~100%額定帶速范圍內的任意帶速長期工作，并且在任意速度下均可提供額定轉矩。由于采用了PLC控制，它可以檢測本膠帶機和上一條膠帶機的負荷，然后根據負荷的大小，控制膠帶機的轉速。這樣可大大節約電能，同時降低鋼絲繩牽引帶式輸送機設備的損耗，延長使用壽命。
平煤十礦鋼絲繩牽引膠帶輸送機，不僅可以通過“運行方式”選擇“運煤”、“運人”或“驗繩”以達到不同的速度設定，還提供了無級調速接口以供現場需要進行調速。
2.1.6可任意調整加、減速度
鋼絲繩牽引膠帶輸送機，要求起動平穩，并可滿載起動。為減少機械沖擊與電機容量，要求加、減速度要小于0.2m/s2；同時為防止起動時瞬時打滑，要求等加速起動。
變頻器的加減時間可分別任意調整(0.1-9999秒)，故加減速度可以根據需要任意設定，滿足鋼絲繩牽引膠帶輸送機電力拖動的特殊要求。
2.1.7保護和故障自診斷．
變頻器具有完善的保護功能，以保障電氣設備的正常運行。如：過壓、欠壓、過流、過熱、短路、接地、三相不平衡、缺相等保護功能，不僅能保留10次故障代碼，還能保存相應的故障參數。
2.1.8散熱功能
通用變頻器在國內外得到廣泛應用，但由于大功率器件的散熱問題一直未能得到解決，而沒有在煤礦井下得到廣泛的應用，本系統很好的解決了大功率器件的散熱問題，在煤礦井下投入使用取得了很好效果。
2.1.9特殊措施
針對礦山應用的特殊環境，隔爆變頻器除了在箱體結構方面采取了相應的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制回路方面，所有的控制板均涂抹多遍三防漆。
2.2控制部分原理及功能
控制部分由PLC控制箱、操作控制臺組成，其配置圖如圖3所示。
2.2.1 隔爆兼本安型PLC控制箱
1)膠帶邊緣線速度等同控制
平煤十礦鋼絲繩牽引帶式輸送機系統采用四臺電機驅動。為了保證其同步性，要求四臺電機應同步起動停車，在某一電機或驅動系統故障時能系統停車。為了使系統更好的工作，自動調整四臺電機之間的微小速度差，由PLC調整四臺隔爆變頻器的速度給定及頻率給定增益，保證四臺電機之間的功率平衡以及膠帶邊緣線速度等同。
2)動態功率平衡
在保證膠帶邊緣速度等同的前提下j可以通過PLC控制系統采樣四臺隔爆變頻器的電流值，再通過調整四臺電機的速度來使四臺電機電流值逐步趨于平衡，形成一個動態的功率平衡系統。
31膠帶機的保護
膠帶機具有繩脫槽保護、帶脫槽保護、斷繩保護、乘人上下越位保護（兩極雙保護）、電機的溫度保護、煙霧保護、煤倉堆煤保護、超溫超塵灑水等保護功能。
2.2.2本質安全型操作集控臺
操作集控臺具有設備操作及顯示功能。設備操作：操作方式選擇、速度設定、起停膠帶輸送機、可逆運行等；在操作臺實時顯示四臺電機的電流、電壓、速度、故障保護狀態和斷繩、上行下行越位、張緊狀態、煤倉煤位、堆煤、打滑、溫度等保護。
1)操作方式：
考慮到用戶現場的需要及方便使用，本系統只分為正常操作方式和檢修操作方式，以便簡化用戶的操作。
并可在系統故障狀態下，可以實現三機運行或雙機運行。
2)速度設定：
根據用戶現場的實際負載及工況要求，用戶可選擇“運物”、“運人”、“驗繩”及“無級調速”四種調速方式，以適應不同的負載情況。
3)可逆運行：
應用過程中，尤其是檢修時，需要膠帶輸送機反轉，本系統可以通過改變變頻器中IGBT的導通順序實現膠帶輸送機的可逆運行，
4)內置溫度巡檢儀，實現超溫保護：
操作臺內置8通道溫度巡檢儀，實時檢測電機、電機軸承、減速器、主滾筒軸承等部位的溫度檢測，實現超溫報警功能。
5)實現開車語音預警
6)實現兩條牽引鋼絲繩的張力調節
7)故障自診斷功能
網絡系統的故障自診斷；
軸編碼器的故障自診斷；
-保護發生的位置的診斷等。
2.3保護系統及傳感器
由于本系統各種保護的數量多，如果每個傳感器采用電纜直聯，不僅要耗費較多的電纜、增加工程施工量，也不利于系統的檢修和維護。因此，本系統的傳感器采用現場總線型，只需敷設一根三芯屏蔽電纜，通過總線將所有的保護和傳感器納入網絡。
本系統具有就地急停及啟動確認；超速保護、打滑保護；斷繩保護、繩脫槽保護、帶脫槽保護、沿線停機保護；滿倉、堆煤保護；機尾重錘限位保護；煙霧保護；超溫灑水和防塵灑水保護等。
由于乘人越位保護的重要性，因此，上下各設兩級乘人越位保護點，實現越位的兩級保護，以保障人員的安全。
本系統還設有語音報警功能，在上下乘人區，均設立語音報警箱。開車前語音報警裝置能發出語音報警信號。
3、結論
本系統經過一年的運行，運行效果良好，滿足了平煤十礦的生產要求，安全性能大大提高，節能效果顯著。現已在平煤十三礦、平煤六礦推廣使用。
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