CN205045741U - 钢丝绳锯采煤电气控制系统 - Google Patents

Abstract

钢丝绳锯采煤电气控制系统，涉及煤的开采装置电控系统，本实用新型为解决钢丝绳锯采煤现有技术的不足。本实用新型包括牵引钢丝绳、n个锯煤碎煤刀、上、下限位器、上、下导向轮、上、下巷道绞车、上、下巷道电机、上、下巷道变频器；下巷道绞车由下巷道电机带动切换收/放线运行状态；下巷道电机由下巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；上巷道绞车由上巷道电机带动切换收/放线运行状态；上巷道电机由上巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；根据电机恒转矩运行时制动状态电机的馈电电流获取牵引钢丝绳的张力数据，并作为反馈信号，制动电机对应变频器根据所述反馈信号调整输出控制指令，实现同步恒张力运行。

Description

钢丝绳锯采煤电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及煤的开采装置电控系统，尤其涉及一种钢丝绳锯采煤电气控制系统。

背景技术

面对急倾斜薄煤层结构复杂不稳定的情况，钢丝绳锯采煤法作为新型开采工艺将大量应用于开采中，提高开采效率，降低开采难度。钢丝绳锯采煤系统通过变频调速系统驱动控制上、下巷绞车带动钢丝绳锯往复运动对煤壁进行切割，实现采煤作业。对于不同的煤层硬度，为保证钢丝绳能够一直拉紧拉直、紧贴煤壁对煤壁进行切割采煤作业，防止绳锯卡绳卡锯，需要恒张力调速控制系统使上下巷两个驱动装置实现同步恒张力运行。在恒张力工况条件下，变频系统根据收放线张力之前的预设值，检测实际张力后通过变频器调速实现对电动机的恒速控制或者恒转矩控制。

目前常见的煤锯采煤法存在以下问题：

1、煤锯连接钢丝绳张力调节问题：煤锯的钢丝绳可根据使用的绞车合理选配，锯刀之间采用2.0～2.5米的短钢丝绳连接，锯刀的个数应根据绞车牵引能力及煤层硬度确定，但在实际实用过程中，落煤的效率还与钢丝绳的张力关系较大，张力调节是一个还没有解决的问题。

2、上下巷驱动绞车同步问题：由于钢丝绳锯的自动化水平不高，上下巷绞车同时工作要求必须同步，绞车工协调一致至关重要，上下巷必须设置电话和可靠的信号装置，同时绞车工在工作必须精力集中，有良好的精神状态，如果稍有操作不当，有可能发生断绳故障，从而带来机械伤害的危险。提高钢丝绳锯的自动化水平，实现同步运行是一个还没有解决的问题。

3、针对钢丝绳锯在采煤工作内持续往复运动，制动耗电量大，浪费严重，电能节约是该装置需要解决的一个问题。

实用新型内容

本实用新型目的是为了解决钢丝绳锯采煤现有技术的不足，提供了一种钢丝绳锯采煤电气控制系统。保证绞车正向和反向运行时钢丝绳切割张力一致，避免采煤时因太松或太紧而拉断钢丝绳。通过公共直流母线的应用，实现电能节能回馈。

本实用新型所述钢丝绳锯采煤电气控制系统，它包括牵引钢丝绳、n个锯煤碎煤刀、下限位器、上限位器、下导向轮、上导向轮、下巷道绞车、上巷道绞车、下巷道电机、上巷道电机、下巷道变频器和上巷道变频器；

下导向轮、上导向轮分别位于工作面两个出口处；

牵引钢丝绳的上端绕过上导向轮与上巷道绞车连接；牵引钢丝绳的下端绕过下导向轮与下巷道绞车连接；牵引钢丝绳位于工作面范围内的上、下端分别设置有上限位器和下限位器；牵引钢丝绳的中段设置有n个锯煤碎煤刀；

下巷道绞车由下巷道电机带动切换收/放线运行状态；下巷道电机由下巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；上巷道绞车由上巷道电机带动切换收/放线运行状态；上巷道电机由上巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；

根据电机恒转矩运行时制动状态电机的馈电电流获取牵引钢丝绳的张力数据，并作为反馈信号，制动电机对应变频器根据所述反馈信号调整输出控制指令，以控制该路绞车收/放线，进而实现同步恒张力运行。

本实用新型的优点：本实用新型解决了背景中钢丝绳锯采煤存在的缺陷，本实用新型用于对钢丝绳锯采煤装置的电气控制，通过设置变频器参数，利用变频器内部扩展组件编程控制电机的状态，使上、下巷道两个驱动装置实现恒张力同步运行，使钢丝绳锯在一定恒张力下正常工作采煤。共直流母线驱动的应用，使系统实现电能回馈，节能效果显著。

附图说明

图1是本实用新型所述钢丝绳锯采煤电气控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型共直流母线驱动变频系统主电路。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述钢丝绳锯采煤电气控制系统，它包括牵引钢丝绳1、n个锯煤碎煤刀2、下限位器3、上限位器4、下导向轮5、上导向轮6、下巷道绞车7、上巷道绞车8、下巷道电机9、上巷道电机10、下巷道变频器和上巷道变频器；

下导向轮5、上导向轮6分别位于工作面两个出口处；

牵引钢丝绳1的上端绕过上导向轮6与上巷道绞车8连接；牵引钢丝绳1的下端绕过下导向轮5与下巷道绞车7连接；牵引钢丝绳1位于工作面范围内的上、下端分别设置有上限位器4和下限位器3；牵引钢丝绳1的中段设置有n个锯煤碎煤刀2；

下巷道绞车7由下巷道电机9带动切换收/放线运行状态；下巷道电机9由下巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；上巷道绞车8由上巷道电机10带动切换收/放线运行状态；上巷道电机10由上巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；

根据电机恒转矩运行时制动状态电机的馈电电流获取牵引钢丝绳1的张力数据，并作为反馈信号，制动电机对应变频器根据所述反馈信号调整输出控制指令，以控制该路绞车收/放线，进而实现同步恒张力运行。

两个变频器内部的扩展组件编程构成整个电气系统的控制核心，通过对不同煤层的运行参数设置，根据电机恒转矩运行时制动变频器的馈电电流反推计算出钢丝绳张力数据，获得的反馈信号，控制上、下巷绞车实现同步恒张力运行。在采煤过程中，随着钢丝绳锯采煤工作中阻力的变化，恒转矩电机的速度会发生变化，变频器发出加速或减速的指令并控制电机在制动状态和电动状态之间切换，从而实现恒张力控制，使钢丝绳锯在一定恒张力下正常工作。

当牵引钢丝绳1向下运行时，下巷道变频器逆变单元11控制下巷道电机9为恒速度运行的收线绞车，上巷道变频器逆变单元12控制上巷道电机10为给定恒转矩运行的放线绞车。以下巷道电机9收线绞车的速度为参考，上巷道变频器逆变单元12根据上巷道电机10运行时的制动状态所产生的馈电电流反推计算出钢丝绳张力数据，并根据其张力数据对上巷道电机10进行恒转矩制动控制。当钢丝绳锯向下运行时，电机运行状态切换，如此反复使钢丝绳锯在采煤工作面实现循环往复切割运动。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，下巷道变频器的控制单元包括下巷道变频器逆变单元11和下巷道变频器有源前端13；上巷道变频器的控制单元包括上巷道变频器逆变单元12和上巷道变频器有源前端14；

下巷道变频器有源前端13和上巷道变频器有源前端14均为整流单元AFE；并连接在一条公共直流母线上；

下巷道变频器逆变单元11和上巷道变频器逆变单元12均为双向逆变单元INU；

下巷道变频器有源前端13的交流测经由滤波单元连接交流电源；下巷道变频器有源前端13的直流侧连接公共直流母线；

上巷道变频器有源前端14的交流测经由滤波单元连接交流电源；上巷道变频器有源前端14的直流侧连接公共直流母线；

下巷道变频器逆变单元11和上巷道变频器逆变单元12的直流侧均连接公共直流母线；下巷道变频器逆变单元11的交流侧连接下巷道电机9；上巷道变频器逆变单元12的交流测连接上巷道电机10；

下巷道电机9处于电动状态时，交流电源经下巷道变频器有源前端13向公共直流母线发送电能，并由下巷道变频器逆变单元11逆变为交流作为工作电源；下巷道电机9处于制动状态时，下巷道电机9的电能反馈至公共直流母线，并被另一路的上巷道电机10使用；

上巷道电机10处于电动状态时，交流电源经上巷道变频器有源前端14向公共直流母线发送电能，并由上巷道变频器逆变单元12逆变为交流作为工作电源；上巷道电机10处于制动状态时，上巷道电机10的电能反馈至公共直流母线，并被另一路的下巷道电机9使用。

下巷道变频器和上巷道变频器工作状态互补，运行在电动状态的电机所对应的变频器为主变频器，运行在制动状态的电机所对应的变频器为从变频器，下巷道变频器和上巷道变频器的主/从状态互相切换。

两台变频器选用共直流母线驱动，其有源前端可以回馈能量，构建回馈型系统，可以将电能回馈至电网，实现电能的节约。所述的上巷道变频器逆变单元12和下巷道变频器逆变单元11通过公共直流母线方式与变频器有源前端13、14连接供电，当系统绞车电机工作在电动状态时，变频器逆变单元11、12从直流母线上获取电能；当系统绞车电机工作在制动状态时，再生的电能通过母线及回馈装置直接到公共直流母线中，被处于牵引状态的变频器使用，实现电能节能回馈。

所述的上巷道电机10和下巷道电机9在上巷道变频器逆变单元12和下巷道变频器逆变单元11控制下实现调速控制，并在电动状态时恒速运行和制动状态时恒转矩运行之间切换，从而控制上、下巷绞车实现同步恒张力运行。

如图2所示，共直流母线驱动变频系统主电路，变频驱动系统采用单独的整流/回馈装置，为整个钢丝绳锯采煤控制系统提供一定功率的直流电源，包括有源前端装置AFE、逆变单元INU等。AFE是共直流母线系统中的双向(可回馈能量)整流装置，可与逆变器一起接入同一个现场总线系统，并由现场总线控制和监控。INU单元是一个直流供电的双向逆变器，用于对上巷道电机10和下巷道电机9的进行供电和控制。当系统绞车电机工作在电动状态时，变频器逆变单元从直流母线上获取电能；当系统绞车电机工作在制动状态时，再生的电能通过母线及回馈装置直接到公共直流母线中，被处于牵引状态的变频器使用，不用像单个变频驱动系统或无回馈前端将制动而产生的多余电能通过接入制动电阻以热量的形式耗散掉，实现电能节能。

Claims (3)

1.钢丝绳锯采煤电气控制系统，其特征在于，它包括牵引钢丝绳(1)、n个锯煤碎煤刀(2)、下限位器(3)、上限位器(4)、下导向轮(5)、上导向轮(6)、下巷道绞车(7)、上巷道绞车(8)、下巷道电机(9)、上巷道电机(10)、下巷道变频器和上巷道变频器；

下导向轮(5)、上导向轮(6)分别位于工作面两个出口处；

牵引钢丝绳(1)的上端绕过上导向轮(6)与上巷道绞车(8)连接；牵引钢丝绳(1)的下端绕过下导向轮(5)与下巷道绞车(7)连接；牵引钢丝绳(1)位于工作面范围内的上、下端分别设置有上限位器(4)和下限位器(3)；牵引钢丝绳(1)的中段设置有n个锯煤碎煤刀(2)；

下巷道绞车(7)由下巷道电机(9)带动切换收/放线运行状态；下巷道电机(9)由下巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；上巷道绞车(8)由上巷道电机(10)带动切换收/放线运行状态；上巷道电机(10)由上巷道变频器控制其加速/减速状态、电动/制动状态；

根据电机恒转矩运行时制动状态电机的馈电电流获取牵引钢丝绳(1)的张力数据，并作为反馈信号，制动电机对应变频器根据所述反馈信号调整输出控制指令，以控制该路绞车收/放线，进而实现同步恒张力运行。

2.根据权利要求1所述钢丝绳锯采煤电气控制系统，其特征在于，下巷道变频器的控制单元包括下巷道变频器逆变单元(11)和下巷道变频器有源前端(13)；上巷道变频器的控制单元包括上巷道变频器逆变单元(12)和上巷道变频器有源前端(14)；

下巷道变频器有源前端(13)和上巷道变频器有源前端(14)均为整流单元AFE；并连接在一条公共直流母线上；

下巷道变频器逆变单元(11)和上巷道变频器逆变单元(12)均为双向逆变单元INU；

下巷道变频器有源前端(13)的交流测经由滤波单元连接交流电源；下巷道变频器有源前端(13)的直流侧连接公共直流母线；

上巷道变频器有源前端(14)的交流测经由滤波单元连接交流电源；上巷道变频器有源前端(14)的直流侧连接公共直流母线；

下巷道变频器逆变单元(11)和上巷道变频器逆变单元(12)的直流侧均连接公共直流母线；下巷道变频器逆变单元(11)的交流侧连接下巷道电机(9)；上巷道变频器逆变单元(12)的交流测连接上巷道电机(10)；

下巷道电机(9)处于电动状态时，交流电源经下巷道变频器有源前端(13)向公共直流母线发送电能，并由下巷道变频器逆变单元(11)逆变为交流作为工作电源；下巷道电机(9)处于制动状态时，下巷道电机(9)的电能反馈至公共直流母线，并被另一路的上巷道电机(10)使用；

上巷道电机(10)处于电动状态时，交流电源经上巷道变频器有源前端(14)向公共直流母线发送电能，并由上巷道变频器逆变单元(12)逆变为交流作为工作电源；上巷道电机(10)处于制动状态时，上巷道电机(10)的电能反馈至公共直流母线，并被另一路的下巷道电机(9)使用。

3.根据权利要求1所述钢丝绳锯采煤电气控制系统，其特征在于，下巷道变频器和上巷道变频器工作状态互补，运行在电动状态的电机所对应的变频器为主变频器，运行在制动状态的电机所对应的变频器为从变频器，下巷道变频器和上巷道变频器的主/从状态互相切换。