关于井下自动风门变频调速的研究

岳胡兵，杜 欣，石树君

（1．太原矿机电气发展有限公司，山西 太原 030032；2．天津职业技术师范大学，天津 300222）

1 风门的现状及概述

伴随着煤矿企业规模的不断扩大，煤矿企业对井下的人力、物力投资也与日俱增，运输方式也呈现多样化。如何让这些资源更快地送达工作地点，如何减少井下运输过程成了煤矿企业的研究课题。风门在井下的应用非常普及，煤矿井下风门对于煤矿企业的安全以及运输的作用不言而喻。长期以来，煤矿风门都是采用人工启闭或者电动基本控制的方式，但是由此将引发如下问题：风门直接由电机控制，在启动和关闭时，风门门体有很大的冲击力。随着井下自动化程度的提高，对风门的控制方式也提出了更高的要求，因此大力发展和研究自动风门的变频调速，对推动我国煤矿企业的自动化建设发展水平具有重要的理论意义和现实意义。

2 风门电控系统的组成

自动风门的变频调速电控装置的系统组成见图1。

图1 风门电控系统组成

如图1所示，该自动风门的主要优势在于变频器的运用，其工作核心为PLC可编程序控制器和变频器，该系统的关键在于给风门配置的各种传感器，如特制光电传感器（主要是为了矿灯和车灯准备的）、特制红绿灯（为了给矿工显示该自动风门的即时运行状况）和手动按钮（主要是为了安全做准备）等。该系统设计简单，都呈模块工作，易于检修。整个电气系统由电控箱和外围矿用本安传感器构成，本安传感器的信号经过光耦隔离板进行本安与非本安的信号转换，然后进入PLC可编程序控制器。主回路上，由前级馈电开关将660V电源送至隔爆兼本安型电控箱，经过隔离开关和快速熔断器将电源送至交－直－交变频器，通过改变频率，从而达到改变电机转速的目的。

因为是井下矿用产品，所以在电控箱的壳体制造和加工上有特殊要求，该电控箱、防爆分线盒以及各种外接传感器等都必须通过国家矿用安全标志认证，方能下井使用。

3 自动风门变频调速系统的工作流程

以2＃门为例，对自动风门变频调速系统的工作流程作简短说明。自动风门的工作流程见图2。

图2 自动风门工作流程

如图2所示，2＃门在启动时，利用车灯或者矿灯给光电传感器信号，为防止不必要的动作，需要车灯或者矿灯给信号闪烁3次，风门方能启动；当2＃门在接到车辆信号连续闪烁3次后，风门系统开始正常工作，同时在1＃门外安装的红绿灯的红灯开始并一直闪烁（直到整个系统工作完毕），警告和提示1＃门外的车辆和行人，2＃门外有车辆和行人进入，同时，2＃门开始打开，先加速后减速，为了安全考虑，在每道风门上都安装了行程开关，2＃风门停止时，2＃门外的绿灯亮、红灯灭，2＃门可以通行车辆，通行完毕或者自动设置时间到，2＃门开始关闭，2＃门工作结束；然后转到1＃门工作，1＃门进行开门和关门，但是如果在关门过程中遇到有人或者车辆进入，风门立刻转到开门状态，也即是防夹检测工作状态中，待风门全部工作结束后，红绿灯都变为绿色。

在风门的启动中，需要考虑以下几个问题：

（1）两道风门不能同时启动，所以在本系统做了两道风门的闭锁，为保证安全和可靠，闭锁使用硬件和软件双向闭锁。

（2）风门在关闭过程中不能发生被夹事故，所以安装了光电传感器，与电梯类似。

（3）两道风门在接到信号开始启动后，在整个系统工作完毕前不再接受开门信号，但是为了给矿工更好地指示当前风门的工作状态，特采用矿用本安型红绿灯做安全指示。

（4）风门在开启和关闭过程中采用变频无级调速，使用ABB进口变频器，以保证质量，风门在开启和关闭过程中均有加速、恒速和减速过程，此为本系统的核心。

（5）两道风门的加、减速时间以及两道风门启动

和关闭之间的切换时间可以很方便地在控制箱上利用按钮进行显示屏（触摸屏）设定。

4 PLC及其程序

图3为该风门工作的部分梯形图，由于本系统工作更多地涉及到连锁工作以及防止误动作方面，因此在本系统的程序中通过灯光的闪烁次数来消除误动作的影响，进而保证安全。

图3 自动风门软件程序

5 小结

煤矿井下自动风门的变频调速系统主要是通过控制变频器的加速、恒速以及减速，从而达到控制电机和风门启动过程的目的。可以这么说，在通用的自动风门的控制模式下，变频调速的自动风门在启动和关闭过程中会更加平缓，门体的冲击会非常小，因此，研究和制造自动风门的变频调速装置具有较高的推广价值。