CN105774822A - 一种矿用架空乘人索道的调速装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿用运输装置自动控制领域，公开了一种矿用架空乘人索道的调速装置及方法，包括重力传感器、微处理器、逆变器、电机；每个重力传感器的输出端与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与逆变器的控制输入端连接，逆变器的负载输出端与电机的输入端连接，电机用于控制矿用架空乘人索道的前行速度；微处理器用于接收所有重力传感器发送的电压信号，得到所有重力传感器发送的电压信号的总和，并根据电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制电机的转速，能够根据负载的变化自动控制电机的运行速度，降低了能耗和设备运行成本，延长了设备使用寿命。

Description

一种矿用架空乘人索道的调速装置及方法

技术领域

本发明涉及矿用运输装置自动控制技术领域，尤其涉及一种矿用架空乘人索道的调速装置及方法。

背景技术

矿井作业人员运输是采煤生产过程中的重要环节。《(煤矿安全规程》规定：长度超过1.5km的主要运输平巷，上下班时要采用机械运送人员。现有的矿井人员运送设备主要有平巷人车、斜井人车和架空乘人索道(俗称猴车)。其中，架空乘人索道具有安全性高、适应性强、便于控制、操作简单等特点，在国内众多矿井中得到了广泛运用，保证了矿井工作人员的安全，大大提高了煤矿开采效率。

目前，国内大部分厂家采用提升机绞车或带式输送机的电控系统作为架空乘人索道的电控系统，这两种系统的兼容性存在很大差异。而且，国内大部分厂家采用防爆电磁启动器驱动电机，无法实现四象限变频调速装置的软启动和调速等功能。

2011年李庆阳发表的“采区上山架空乘人索道的选型及安装”论文中指出采用液压技术驱动架空乘人索道实现了无级调速、软启动、软停车等功能，提高了架空乘人索道的工作效率，解决了架空乘人索道采用电动机、齿轮箱驱动方式所存在的问题。可见，现有的架空乘人索道电控系统通常能实现装置的启动、加速、减速、停止和安全制动等基本动作，却无法根据负载(人流)的变化自动控制人车的运行速度，因此增加了能耗和运行成本，同时也加大了设备的运行磨损，缩短了其使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种矿用架空乘人索道的调速装置及方法，能够根据负载的变化自动控制猴车的运行速度，降低了能耗和设备运行成本，延长了设备使用寿命。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种矿用架空乘人索道的调速装置，所述矿用架空乘人索道包含多个吊椅，所述多个吊椅用于运送矿工，所述调速装置包括：微处理器、逆变器、电机以及与多个吊椅对应的多个重力传感器；每个重力传感器用于采集对应吊椅的负载模拟信号，并将其转换为电压信号输出；当吊椅有矿工乘坐时，重力传感器输出负载模拟信号，当吊椅无矿工乘坐时，所述重力传感器无输出信号；

每个重力传感器的输出端与所述微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与所述逆变器的控制输入端连接，所述逆变器的负载输出端与所述电机的输入端连接，所述电机用于控制所述矿用架空乘人索道的前行速度；

所述微处理器用于接收所有重力传感器发送的电压信号，得到所有重力传感器发送的电压信号的总和，并根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制所述电机的转速，所述控制策略预先存储于微处理器中。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，具体包括：

若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

(2)所述第一速度为所述额定速度的1/5。

技术方案二：

一种矿用架空乘人索道的调速方法，应用于如技术方案一所述的矿用架空乘人索道的调速装置，所述调速方法包括：

获取每个重力传感器输出的电压信号，确定所有重力传感器输出的电压信号的总和；

微处理器根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制电机的转速，所述控制策略预先存储与微处理器中。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)微处理器根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器输出的交流电压，具体包括：

若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

(2)所述第一速度为所述额定速度的1/5。

本发明与现有方法相比，具有如下有益技术效果：本发明提供的自动调速装置和调速方法可根据实际作业人员数量选择不同的工作模式，从而实现了由作业人员人流的变化来确定设备运行的合理速度，实现了架空乘人索道控制系统的自动化，同时降低了运行成本和能耗，减小了设备磨损，提高了设备使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种矿用架空乘人索道的调速装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种矿用架空乘人索道的调速装置的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种矿用架空乘人索道的调速方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种矿用架空乘人索道的调速装置，所述矿用架空乘人索道包含多个吊椅A，所述多个吊椅用于运送矿工，如图1所示，所述调速装置包括：多个重力传感器1、微处理器2、逆变器3、电机4。

如图2所示，每个吊椅A下表面安装一个重力传感器1，所述重力传感器用于采集吊椅的负载模拟信号，并将其转换为电压信号输出；当吊椅有矿工乘坐时，重力传感器输出负载模拟信号，当吊椅无矿工乘坐时，所述重力传感器无输出信号。

每个重力传感器的输出端与所述微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与所述逆变器的控制输入端连接，所述逆变器的负载输出端与所述电机的输入端连接，所述电机用于控制所述矿用架空乘人索道的前行速度。

电机的转速按照以下公式计算：

$n=\frac{60f(1-s)}{P}$

式中，n为电机转速(r/min)，f为电机电源频率(Hz)，s为电机转差率，P为电机磁极对数。

由上述公式可知电机转速n与电机电源频率f成正比关系，频率f越高，电机转速n越大。因此，可以通过改变电机电源频率f来控制电机转速n，从而控制架空乘人索道的运转速度。

微处理器利用脉冲宽度调制(PWM)逆变器，实现电机变频调速。

所述微处理器用于接收所有重力传感器发送的电压信号，得到所有重力传感器发送的电压信号的总和，并根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制所述电机的转速，所述控制策略预先存储于微处理器中。

进一步的，根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，具体包括：

若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

上述三种运行模式的配合使用可以使架空乘人索道处于不同的工作状态，最终能提高矿井工作人员上下井时的运输效率，更重要的是可以避免无人上下井时设备空转所造成的巨大能量浪费，大大减小了功耗，达到节能的目的。

示例性的，所述第一速度为所述额定速度的1/5。

本发明实施例还提供一种矿用架空乘人索道的调速方法，应用于上述实施例所述的矿用架空乘人索道的调速装置，如图3所示，所述调速方法包括：

步骤1，获取每个重力传感器输出的电压信号，确定所有重力传感器输出的电压信号的总和；

步骤2，微处理器根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制电机的转速，所述控制策略预先存储与微处理器中。

进一步的，步骤2具体包括：

(2a)若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

(2b)若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

(2c)若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

示例性的，所述第一速度为所述额定速度的1/5。

具体的，当井下工作人员坐上架空乘人索道吊椅时，安装在吊椅下面的重力传感器检测到外加重量，重力传感器输出与所加重量成线性函数关系的电压信号，且重量越大输出的电压信号越强。微处理器对该电压信号进行数字比例积分计算，以确定变频调速系统中转速比例积分调节器的参数，该微处理器通过PWM逆变器与电机连接，PWM逆变器通过改变频率来改变交流电机的输入电压，从而实现电机恒转矩变频调速。电机调速采用转速比例积分调节器进行调速，其转速随输入的交流电压变化而变化。电机通过减速机后可使架空乘人索道按照调速后的速度进行工作。

在限定载荷和限定速度范围内，通常载荷越大，架空乘人索道运行速度越快，转入连续运行模式，有利于提高架空乘人索道运输能力。当零散人员上下井时，只有部分吊椅上有载荷，架空乘人索道非满载，微处理器根据该工况下的传感器输出信号并结合PWM逆变器及电机进行变频变压变速，架空乘人索道运行速度降低，且短时间内无载荷情况下，架空乘人索道运行速度降为额定速度的1/5，转入间断运行模式，有利于减少能耗。当架空乘人索道吊椅长时间无负载时，架空乘人索道转为停止运行工作模式。

本发明与现有方法相比，具有如下有益技术效果：本发明提供的自动调速装置和调速方法可根据实际作业人员数量选择不同的工作模式，从而实现了由作业人员人流的变化来确定设备运行的合理速度，实现了架空乘人索道控制系统的自动化，同时降低了运行成本和能耗，减小了设备磨损，提高了设备使用寿命。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种矿用架空乘人索道的调速装置，所述矿用架空乘人索道包含多个吊椅，所述多个吊椅用于运送矿工，其特征在于，所述调速装置包括：微处理器、逆变器、电机以及与多个吊椅对应的多个重力传感器；每个重力传感器用于采集对应吊椅的负载模拟信号，并将其转换为电压信号输出；当吊椅有矿工乘坐时，重力传感器输出负载模拟信号，当吊椅无矿工乘坐时，所述重力传感器无输出信号；

每个重力传感器的输出端与所述微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与所述逆变器的控制输入端连接，所述逆变器的负载输出端与所述电机的输入端连接，所述电机用于控制所述矿用架空乘人索道的前行速度；

所述微处理器用于接收所有重力传感器发送的电压信号，得到所有重力传感器发送的电压信号的总和，并根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制所述电机的转速，所述控制策略预先存储于微处理器中。

2.根据权利要求1所述的一种矿用架空乘人索道的调速装置，其特征在于，根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，具体包括：

若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

3.根据权利要求2所述的一种矿用架空乘人索道的调速装置，其特征在于，所述第一速度为所述额定速度的1/5。

4.一种矿用架空乘人索道的调速方法，应用于如权利要求1-3中任一项所述的矿用架空乘人索道的调速装置，其特征在于，所述调速方法包括：

获取每个重力传感器输出的电压信号，确定所有重力传感器输出的电压信号的总和；

微处理器根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器的输出频率，并控制电机的转速，所述控制策略预先存储与微处理器中。

5.根据权利要求4所述的一种矿用架空乘人索道的调速方法，其特征在于，微处理器根据所述电压信号的总和以及预先存储的控制策略，确定逆变器输出的交流电压，具体包括：

若所述电压信号的总和大于或者等于第一预设电压，则确定逆变器输出第一频率，所述第一频率控制所述电机按照额定速度运行；

若所述电压信号的总和小于所述第一预设电压且大于或者等于第二预设电压，则确定逆变器输出第二频率，所述第二频率控制所述电机按照第一速度运行，所述第一速度小于所述额定速度；

若所述电压信号的总和小于所述第二预设电压，则所述逆变器控制所述电机停止运行。

6.根据权利要求5所述的一种矿用架空乘人索道的调速方法，其特征在于，所述第一速度为所述额定速度的1/5。