0、序言
由于钢丝绳牵引带式输送机（以下简称“钢带机”）既可运人又可运煤，应用灵活，所以在我国广泛应用于煤矿井下的运输。传统的钢带机电控系统一般都是采用直流调速系统，而直流调速系统由于技术本身的原因是无法实现防爆，按照煤矿安全规程第四百四十条的要求，不能用于井下使用。因此，急需解决井下钢带机的防爆拖动问题，以满足煤矿安全生产的要求。
1、拖动控制系统的要求
钢丝绳牵引带式输送机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。在大型钢带机多电机多滚筒的拖动系统中，拖动方式以直流拖动、交流绕线电机串级调速、交流绕线电机转子串电阻调速拖动等为主，显然上述方法很难防爆要求。 、
钢丝绳牵引带式输送机对拖动技术的特殊要求：
·起动平稳，可满载起动；
·调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度；
·负力提升时能自动进入电气制动运行状态，再生能量通过回馈电网实现电气制动；
·处理事故或检修时可逆运行；
·必须设置可靠的各种安全保护装置；
·维护量小。
本系统采用隔爆兼本安四象限变频四控制。
2、系统组成、原理及特点
本系统由拖动部分、控制部分及相关传感器等组成。
2.1 拖动部分的原理及功能
在本系统中最关键的是拖动部分，而变频器是拖动部分的核心。系统设计采用无速度传感器磁通矢量控制的变频器。系统原理图如图1所示。
2.1.1磁通矢量控制
本系统变频器采用SPWM磁通矢量控制方式。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机上安装精密的测速装置，但在井下钢丝绳牵引带式输送机上安装测速装置是很困难的，同时会增加系统的维护量。SPWM磁通矢量控制无需专门的测速装置，其基本控制思想是根据输入电动机的参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用SPWM磁通矢量控制的变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩，以保证在低频运行时额定转矩的输出。
2.1.2 软起动、软停车
软起动、软停止特性是钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的首选目标。钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。本系统的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调。同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速曲线，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
2.1.3平稳的重载起动
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，因此，必须考虑“重载起动”能力。由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1,5-2倍额定转矩，适于“重载起动”。
由图2，可以看出变频器拖动电动机在任何频率下（即任何速度下），其机械特性曲线基本保持一致。
2.1.4自动回馈制动
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，此时的整流器处于逆变状态，向电网回馈能量，在负力提升的状态下实现准确的速度控制，而且可以节省能量。
本系统的整流桥为可控整流桥，当系统处于负力运行时，电机将发电运行，而电网成为了负载。此时，原逆变桥将做为整流桥工作，而原整流桥则做为逆变桥工作。由于AFE的技术与相位跟踪技术的应用，变频控制系统可使回馈波形与电网波形保持一致，而相位相反，从而实现再生能量的回馈制动。
2.1.5实现无级调速
钢丝绳牵引带式输送机，不仅可实现运人、运料、验绳等多种速度，而且可实现无级调速。变频器可调整电机于5%~100%额定带速范围内的任意带速长期工作，并且在任意速度下均可提供额定转矩。由于采用了PLC控制，它可以检测本胶带机和上一条胶带机的负荷，然后根据负荷的大小，控制胶带机的转速。这样可大大节约电能，同时降低钢丝绳牵引带式输送机设备的损耗，延长使用寿命。
平煤十矿钢丝绳牵引胶带输送机，不仅可以通过“运行方式”选择“运煤”、“运人”或“验绳”以达到不同的速度设定，还提供了无级调速接口以供现场需要进行调速。
2.1.6可任意调整加、减速度
钢丝绳牵引胶带输送机，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整(0.1-9999秒)，故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
2.1.7保护和故障自诊断．
变频器具有完善的保护功能，以保障电气设备的正常运行。如：过压、欠压、过流、过热、短路、接地、三相不平衡、缺相等保护功能，不仅能保留10次故障代码，还能保存相应的故障参数。
2.1.8散热功能
通用变频器在国内外得到广泛应用，但由于大功率器件的散热问题一直未能得到解决，而没有在煤矿井下得到广泛的应用，本系统很好的解决了大功率器件的散热问题，在煤矿井下投入使用取得了很好效果。
2.1.9特殊措施
针对矿山应用的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防爆、防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，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、操作控制台组成，其配置图如图3所示。
2.2.1 隔爆兼本安型PLC控制箱
1)胶带边缘线速度等同控制
平煤十矿钢丝绳牵引带式输送机系统采用四台电机驱动。为了保证其同步性，要求四台电机应同步起动停车，在某一电机或驱动系统故障时能系统停车。为了使系统更好的工作，自动调整四台电机之间的微小速度差，由PLC调整四台隔爆变频器的速度给定及频率给定增益，保证四台电机之间的功率平衡以及胶带边缘线速度等同。
2)动态功率平衡
在保证胶带边缘速度等同的前提下j可以通过PLC控制系统采样四台隔爆变频器的电流值，再通过调整四台电机的速度来使四台电机电流值逐步趋于平衡，形成一个动态的功率平衡系统。
31胶带机的保护
胶带机具有绳脱槽保护、带脱槽保护、断绳保护、乘人上下越位保护（两极双保护）、电机的温度保护、烟雾保护、煤仓堆煤保护、超温超尘洒水等保护功能。
2.2.2本质安全型操作集控台
操作集控台具有设备操作及显示功能。设备操作：操作方式选择、速度设定、起停胶带输送机、可逆运行等；在操作台实时显示四台电机的电流、电压、速度、故障保护状态和断绳、上行下行越位、张紧状态、煤仓煤位、堆煤、打滑、温度等保护。
1)操作方式：
考虑到用户现场的需要及方便使用，本系统只分为正常操作方式和检修操作方式，以便简化用户的操作。
并可在系统故障状态下，可以实现三机运行或双机运行。
2)速度设定：
根据用户现场的实际负载及工况要求，用户可选择“运物”、“运人”、“验绳”及“无级调速”四种调速方式，以适应不同的负载情况。
3)可逆运行：
应用过程中，尤其是检修时，需要胶带输送机反转，本系统可以通过改变变频器中IGBT的导通顺序实现胶带输送机的可逆运行，
4)内置温度巡检仪，实现超温保护：
操作台内置8通道温度巡检仪，实时检测电机、电机轴承、减速器、主滚筒轴承等部位的温度检测，实现超温报警功能。
5)实现开车语音预警
6)实现两条牵引钢丝绳的张力调节
7)故障自诊断功能
网络系统的故障自诊断；
轴编码器的故障自诊断；
-保护发生的位置的诊断等。
2.3保护系统及传感器
由于本系统各种保护的数量多，如果每个传感器采用电缆直联，不仅要耗费较多的电缆、增加工程施工量，也不利于系统的检修和维护。因此，本系统的传感器采用现场总线型，只需敷设一根三芯屏蔽电缆，通过总线将所有的保护和传感器纳入网络。
本系统具有就地急停及启动确认；超速保护、打滑保护；断绳保护、绳脱槽保护、带脱槽保护、沿线停机保护；满仓、堆煤保护；机尾重锤限位保护；烟雾保护；超温洒水和防尘洒水保护等。
由于乘人越位保护的重要性，因此，上下各设两级乘人越位保护点，实现越位的两级保护，以保障人员的安全。
本系统还设有语音报警功能，在上下乘人区，均设立语音报警箱。开车前语音报警装置能发出语音报警信号。
3、结论
本系统经过一年的运行，运行效果良好，满足了平煤十矿的生产要求，安全性能大大提高，节能效果显著。现已在平煤十三矿、平煤六矿推广使用。
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