1、前言
平煤天安十矿是一座年产原煤300万吨的大型煤矿。随着采区延伸，采煤工艺的提高和战线的延长，己四采区的运煤、运人任务日益繁重。十矿原己四运输系统（十矿己四总机巷）总长为1600米，平均坡度为15.5度，原来由六部一米胶带承担运输任务。现已经无法满足己四采区生产的需要。因此，集团公司、天安十矿决定对己四运输系统进行改造：将原来的六部小胶带拆除，改造安装成防爆变频钢丝绳牵引钢缆胶带运输机，承担运人、运煤任务，并缓解轨道运输压力。
方案定出后，首要问题是选择合适的拖动系统。目前，国内煤矿企业普遍应用以继电器、接触器和直流调速为主的电气传动系统。这些系统存在着硬件线路复杂，可靠性低，能耗大，生产维修量大等许多缺点，其最大的缺点是不具备防爆功能。进入20世纪90年代，交流变频调速装置在我国的应用有了突飞猛进的发展。由于变频调速在频率范围、调速精度、低频转矩、通讯功能、智能控制、功率因数、工作效率等方面都是以往的直流调速方式无法比拟的．经过技术研究人员的论证考察，决定采用目前国际上先进的防爆交流变频调速装置作为钢缆胶带的拖动系统。根据我矿提出的设计要求，唐山开诚电器有限责任公司设计的防爆兼本质安全型变频调速装置的各项性能指标均符合行业防爆标准，满足钢缆胶带拖动系统的需求。
2、设计研究
2.1可行性研究。
钢丝绳牵引钢缆胶带输送机需要解决的突出问题是两根钢丝绳的同步问题，即两根钢丝绳的线速度需相同，否则会引起钢缆胶带在运行当中出现调斜、撕带等问题。要解决这个问题，就需要解决电机的同步问题，于是采用了可靠的PLC控制系统．PLC通过输入模块接收外部的数字量／模拟量信号输入，PLC接收到这些输入信号后，将它们存放在CPU的输入存储区，CPU根据预先编好的程序，对输入信号进行运算、处理，其结果存放在CPU的输出存储区，然后将这些处理结果通过输出�？槭涑鍪至浚Ｄ饬啃藕�，控制继电器的得电/失电或指示灯的开亮／熄灭，从而达到逻辑控制的目的。PLC用于逻辑控制时，其功能相当于多个无触点继电器的逻辑组合。PLC具有内部定时器及内部计数器功能，可以实现定时控制逻辑和脉冲计数。通过PLC的AD模拟量输入和DA的模拟量的输出转换，然后经PID控制器，经控制l控制2的OUT±给定O-lOv电压，任意调节速度反馈的信号，实现四象限变频器的同步，从而解决了电机同步问题．如（图1）；交流变频技术解决了电机调速，定做的防爆兼本质安全型变频调速装置的各项性能指标均符合行业防爆标准
众所周知，钢丝绳是一个弹性体，在静止或运行时钢丝绳内储存了大量的能量，在钢丝绳牵引钢缆胶带机起动过程中，如果不是软起动，钢丝绳内储存的能量就将很快释放出去，在钢丝绳上形成张力波并迅速沿着钢丝绳传输出去，巨大的张力波极易将钢丝绳拉断或使其脱离绳轮．采用变频调速装置可以很好的解决这一问题：变频调速的调速范围广，起动加速度可调，可以使钢丝绳牵引钢缆胶带机真正实现软起动，将电机的软起动和钢丝绳的弹性性能合二为一，通过电机的缓慢起动，带动钢丝绳的缓慢起动，将钢丝绳内部储存的能量缓慢释放，这样钢丝绳牵引钢缆胶带机在起动过程中形成的张力波很小，不会对钢丝绳造成任何损害。交流变频调速不但能使钢丝绳牵引钢缆胶带机真正实现软起动，而且其起动平滑，起动转矩大，可以有效的消除机械的冲击力，保护机械设备。变频器是一种电子器件的集成，它将机械寿命转化为电子寿命，而电子器件的寿命很长，这样大大降低了设备的维护量。采用变频调速装置拖动钢缆胶带可以提高系统功率因数和效率，实现节能降耗。
2.2驱动设计
根据己四采区的实际生产能力和交流电动机的性能等因素，经过技术研究人员的论证，如果采用变频调速，虽然可以实现系统的软启动，但是运人胶带的低速运转要求电动机能够长期低速运转。为了解决电机的防爆和散热问题．我们选用了“隔爆型三相交流异步水冷电动机”．采用4x250KW隔爆型三相交流异步水冷电动机进行拖动。具体拖动设计如图2所示。
由图可知，采用两台电机拖动一台减速机：1#、2#电动机拖动1#减速机，1#减速机拖动1#驱动轮；3#、4#电动机拖动2#减速机，2#减速机拖动2#驱动轮，驱动轮拖动钢丝绳带动钢缆胶带运行。
考虑到生产中可能遇到的问题，这套变频调速系统采用四台变频调速装置单独供电的方式，即使其中一台变频调速装置出现故障，可以将其断电进行检修由另外三套系统拖动钢缆胶带而不影响生产。
2.3防止防爆变频钢丝绳牵引钢缆胶带下滑的设计
“安全是煤矿最大的政治，安全是职工最大的福利。”这套防爆变频钢缆胶带不仅承担着己四系统运煤的任务．同时也是职工升入井的主要通道，担负着职工升入井的重任，可见其安全性能的重要性。
考虑到防爆变频钢丝绳牵引钢缆胶带的长度，运输最大煤量在制动盘上产生的力矩，经过计算设计了液压控制的盘形闸制动器一级制动、二级制动，和紧急制动下的电机液压抱闸装置，另外为防止人为因素制动不及时，而使胶带倒转，我们在每台减速机输出轴的另一端增加了逆止器，使防爆变频钢丝绳牵引钢缆胶带有了可靠的双保险制动，从而有效地防止了钢缆胶带停车时地惯性下滑。
为了提高系统的安全系数，这套系统在设计时充分体现了安全第一的原则。系统中设计安装有胶带断带�；�、钢丝绳脱槽保护、胶带脱槽�；�、超速�；ぁ⒊巳嗽轿槐；さ榷嘞畋；�，来保证系统的安全运行。
2.4通讯，�；さ氖迪�
通讯设有主站，经FX2N-32CCL适配器和PLC连好后，交换数据，根据特殊数据寄存器指定交换数据的点数，地址用来自PLC的RS指令设定，并使用PLC的数据寄存器作为数据交换，也就是为了这些特殊单元与PLC之间进行信号交换，应根据FX2N-32CCL通讯模块的连接位置确定．因此要求人与机械的沟通，在FX系列PLC中这样就形成了一个方便人机接口的数据存取单元系列。
PLC与触摸屏是不可分开的一音5分，它有计数器等监视和设定值变更的专用单元，也有信息功能丰富的高级功能单元。主要功能有数据存取功能、状态监视功能，和自行设计触摸屏画面显示各种�；さ墓δ�。
�；すδ苡幸患都蓖３巳嗽轿槐；�，二级电‘气制动乘人越位保护和沿巷脱绳�；�、断带�；�、跑偏保护，机尾张紧绳�；�、配重保护功能。这些保护都来自通讯零电压反馈，到PLC经过运算处理后完成各项�；すδ�。也就是说AJ655BJBl-32DT芯片处理后到每一组分接箱反馈零电压给PLC进行计算处理。一但�；ざ�，反馈零电压回路断开，钢缆胶带�；ぷ孕薪胪ǖ雷唬沟退偌痰缙鱇26和PLC1、K22、K23、K27、动作断开，同时PLC3、K20断开变频器运行信号，实现了电气制动正常停车。并且触摸屏显示出保护动作的具体位置和故障类型。
2.5机尾拉紧装置的设计
通过对斜井钢丝绳牵引钢缆胶带机尾钢丝绳张紧的研究比较，我们发现，一方面采用重锤张紧其配重下方易被积煤支护，使重锤起不到重锤作用，造成松绳；另一方面采用重锤张紧，紧急停车时易过卷或易断绳，从而达不到张紧钢丝绳的理想效果：因而我们采用了液压张紧装置。它主要由液压站、储能器、千斤顶三者组成，用来张紧钢丝绳，这样可以避免过卷和断绳，同时对液压站设定压力上下限（上限自动停油泵，下限自动开启油泵），多余压力存储在蓄能器里，使千斤顶伸缩自由，实现张紧作用。
3、工业性试验报告
天安十矿己四防爆变频钢缆胶带于2月23日安装完工，对其进行试运转试验。试验结果如表：
试运转结果表明，电动机实现了同步运转，各种�；ざ髁槊艨煽�。
4、经济效益与社会效益
平煤集团对十矿防爆变频调速拖动钢缆胶带项目非常重视，将其列为集团公司重大科技攻关投资项目，2006年集团公司八件实事之一，总投资1500多万元。单从投资上看，防爆变频技术的成本是比较高的。但其维护费用低，节约电能。自从2月23日投入使用以来其经济效益明显：
开机工作制：年工作300天，每天20小时，效率为80%．应用变频器年节约电能为
(1800-1000)x300x20x80%=384万KW-h
工业用电按0.47元/KW．h计算，每年电费
一项就节约：
384x0.47=180.48万元
己四防爆变频钢缆胶带投入前，己四总机巷六部胶带的运行需要9名司机，现在只需要6名司机每个岗位按系数1.5，一个班少用5人，三班就是15人。大大节约了人力资源，其人均工资每月2000元计算，则年节约工资：
15x2000x12=36万元
已四防爆变频钢缆胶带的投入运行，大大提高了己四总机巷的运煤能力，每天可以提高运煤量300吨。每吨原煤售价按350元，若一年按运行300天计算，则年增加收入：
300x350x300=3150万元
己四防爆变频钢缆胶带投入运行前，己四轨道担负着已四采区工作人员的运输任务和运料任务。但随着三水平的开发和运输战线的延伸拉长，己四轨道的运输压力越来越大。己四防爆变频钢缆胶带的投入运行大大缓解了这种压力，提高了运输效率。
