矿用蓄电池单轨吊车电控系统

智能辅助运输电控系统单轨吊研发历程企业简介山东兖煤黑豹电气科技有限公司创立于2016年，位于孔孟之乡、礼仪之邦的山东省邹城市。

黑豹电气自成立以来专注于煤矿工业自动化的研发、设计、制造以及电气设备的维修、技术服务等，拥有一支精干的管理、研发、经营、服务团队，其中技术骨干10余名。

自公司创立以来，着重设计、制造单轨吊电控系统，先后与山西潞安合力机械有限公司、山东兖煤黑豹装备制造有限公司联合研发重型蓄电池单轨吊机车，我公司负责电控系统研发制造。

目前单轨吊电控系统预计年产量50台套以上。

单轨吊研发历程齿条式电动单轨吊车摩擦轮式电动单轨吊车大型蓄电池电动单轨吊车单轨吊研发历程一、轻型拖缆式电动单轨吊机车1、2006年，研发、制造了DDD8J电动单轨吊车，至今已销往全国各地近300多台。

2、2013年，研发、制造了DDD30电动单轨吊车，至今已销往全国各地近200多台。

二、重型蓄电池电动单轨吊机车2016年，我公司与山西潞安合力公司联合研发重型单轨吊机车。

我公司负责单轨吊核心电控系统的研发、制造，合力公司负责单轨吊机械部分的设计、制造。

目前，蓄电池单轨吊的技术已经非常成熟，销售到市场的近20台，单轨吊机车运行良好，得到使用矿方的一致好评。

三、辅助运输机器人系统2019年，我公司响应国家安监局关于《煤矿机器人重点研发目录》提出的研发应用要求，对辅助运输机器人系统开始了整体框架建构及软、硬件的技术攻关和储备。

电气控制1. 系统结构电控系统由系统主机、电机、蓄电池、辅助控制箱、传感器、操作盒、防爆灯、防爆喇叭等部件组成。

DC252V/560Ah(730Ah)蓄电池电源直接接入系统主机，向整个系统提供电源。

电气控制2、显示功能单轨吊电控系统中共有三块显示屏，主、从机头显示屏和电控箱显示屏。

其中主、从机头显示屏适于单轨吊车操作人员运行过程中实时查看设备运行状况。

系统主机显示屏适于单轨吊车就地吊装时简单查看设备运行情况。

主、从机头显示屏电气控制电气控制系统主机显示屏系统程序设计中具有电机过载保护功能。

驱动电机中任一台电机带载状况异常时，会弹出相应提示窗口，方便用户检修与更换。

电气控制3、操作功能驱动单轨吊车电控系统有三种方法：a、主、从机头手柄驱动，b、前门按钮驱动，c、遥控器驱动。

其中，电控箱前门按钮与遥控器的驱动级别高于主、从机头手柄操作，但主、从机头手柄操作是运行过程中的最常用的驱动方式。

现分别介绍如下。

电气控制a、主、从机头手柄驱动单元操作人员使用主、从机头手柄驱动单元控制单轨吊车的运行与起停,同时可以控制喇叭、照明、急停、操作权，以及画面切换等。

b、主机前门按钮通过电控箱按钮可以进行停送电，参数设置，为方便装载货物，可以慢速调整停车位置。

电气控制c、遥控器控制方式上电、断电、左行、右行、复位、吊梁的定义与前门相应按钮的定义相同，喇叭、急停按钮的定义与操作手柄单元的定义相同。

使用遥控器操作时，车速要慢于手柄操作。

电气控制4、电控系统特点1)系统主机内部采用PLC 进行控制，PLC的应用更适合在矿山行业震动、干扰、环境温度与湿度恶劣的条件下工作。

本系统将PLC与继电器、隔离模块等元器件集中在控制盒内，模块化设计，使产品更美观、可靠，设计结构简单紧凑，便于维修与维护。

电气控制2）行走变频器采用矢量控制，并使用双IGBT并联技术，行走变频器为我公司自主研发产品，对于80型以上的单轨吊车采用双IGBT并联技术，解决了大吨位电池单轨吊车爬坡电流过大导致变频器容易过载或烧毁等技术问题。

公司采用双450A的IGBT,使超载电流可以达到900A。

电气控制3）配置大屏幕液晶显示屏进行工况检测，可直观方便的观察系统的工作状态。

4）系统有故障记忆功能，可查询近期故障信息。

5）系统设置有应急处理功能，能对故障进行屏蔽处理。

6）系统主机与主、从机头显示屏之间采用串行通讯方式，使用屏蔽电缆，加强了系统抗干扰性。

电气控制5、保护功能1）瓦斯保护：当瓦斯浓度达到0.6%时，系统报警，达到1%时，系统停车。

2）电机故障保护：当任一电机出现过载、短路、缺相等故障时，PLC 记录相应故障，报警并停车。

3）紧急停车：急停按钮按下，系统停车，待故障消除复位后才可行走。

4）坡度较高速度较快时，自行启动速度保护。

5）系统压力低于12Mpa时，弹出故障画面，系统停车，不可行走。

6）夹紧压力低于4Mpa时，系统停车，不可行走。

7）前后碰撞开关闭合后，系统停车，只能反方向行走，待碰接开关打开后才可按原方向行走。

8）通讯中断保护：当主控箱于分站通讯连接失败时，提示通讯故障，并停车。

电气控制6、报警功能1）欠压报警：系统短时间欠压时，弹出报警画面。

2）牵引电机过载保护：当任一牵引电机电流超过或低于平均电流的120%时，PLC 记录相应故障。

3）瓦斯保护未装设，弹出报警画面。

4）主机箱内温度超过65℃，弹出报警画面。

5）油位低于30%时，弹出报警画面。

6）电量低于30%时，弹出2秒画面提示，低于15%时，弹出长时画面提示，提醒用户及时充电。

电气控制7、资格证书电气控制8、使用业绩序号名称车型用户数量1、单轨吊电控系统DX80山西潞安合力机械有限公司72、单轨吊电控系统DX100山西潞安合力机械有限公司113、单轨吊电控系统DX120山东兖煤黑豹矿业装备有限公司24、齿条式单轨吊电控系统DDD8J山东兖煤黑豹矿业装备有限公司405、单轨吊电控系统DDD30山东兖煤黑豹矿业装备有限公司306、单轨吊电控系统智能化改造DX100兖矿集团有限公司3电气控制9、技术发展电机并联模式优点：结构简单，成本底。

缺点：1、变频器对每个电机是模糊控制，对单个电机没有保护，需要单独加设电机保护。

2、电机之间存在对拖，功率和小于总功率。

3、每一台电机间的转差率（S）不相同，从而导致每一台电机输出的转矩不相等，电流也不相等，负载特性硬的电机出力始终要大。

4、变频器出现问题，整机不能运行，耽误用户使用和阻碍其它单轨吊车通过。

电气控制9、技术发展一拖一模式如图所示的一对一驱动模式，即一台变频器拖动一台电机，所采用的变频器为无感矢量控制变频器，其特点每一台变频器对每一台电机建立电机模型，将电机的转矩分量和转速分量分开并对其单独控制。

优点：1、每一台变频器对相应电机都有过流、过载等一系列保护，无需外加保护；2、每一台电机作用在单轨吊上的功率同步，起动转矩大，运行电流小，节约耗电量，延长电池组的续航里程。

3、当任一电机组出现故障时都可能随时切除，其它电机组可正常运行，不影响运行和使用，从而保证设备的可靠运行。

缺点：成本略高。

电气控制9、技术发展一拖一模式控制原理在这个控制方式中变频器采用一台主机其余为从机的控制模式，主机采用速度控制模式（其速度由PLC控制器给定，控制机车的运行速度），其它变频器设为从机，通过422总线相连接，所有的从机采用力矩控制模式。

控制原理：主机接收PLC控制器的转速命令并控制电机运行在固定的转速（其转矩内部形成闭环为维持转速服务），通过总线将主电机维持运行转速所需的转矩信号送给从机，从机通过通信总线上接收转矩信号控制电机输出和主电机完全相同的转矩，从机的转速是变频器内部形成闭环为维持所输出的转矩而上下调整的。

这样主机和从机之间各自内部有一个闭环的变量为相互之间保持的固定量服务从而保证了所有电机输出的转矩始终为一个相同的固定量。

辅助运输机器人系统1.达到目的利用快速崛起的人工智能、机器人、物联网、大数据等技术，实现煤矿开采自动化、信息化、数字化、安全化的目的；实现矿方希望通过“机器换人”来实现煤矿作业“少人则安”和“无人则安”的目的。

2.基本要求“井下无人驾驶运输车”的基本要求：具备精确定位、安全探测、自主感知、主动避障、自动错车、风门联动等功能。

为此，我们专门设计满足以上要求，并更加完善的智能化辅助运输系统。

3.系统功能3.1 设计目标基于5G/4G无线通信系统，实现井下单轨吊和齿轨车的精准定位、安全探测、信号灯闭锁、道岔联锁、语音广播、视频监测、数据监测、防掉道预警并自动停车等核心功能，最终实现井下辅助运输系统单轨吊和齿轨车的无人驾驶功能。

3.2 设计功能1. 视距/远程遥控切换系统实现视距遥控和远程遥控切换，在正常行驶时，司机在远程遥控平台观察车辆运行轨迹和路线，必要时实施人工干预；在车辆维修或者特殊情况下，携带视距遥控器，随车遥控车辆的行驶。

3. 系统功能3.2 设计功能2. 精准定位实现单轨吊和齿轨车的精准定位，定位误差<50cm，为实现车辆的无人驾驶提供基础数据。

3.路径规划基于运输系统数字地图，输入车辆出发点和目的位置，系统自动规划运输路径，实现最优化车辆运输和调度功能。

4.安全探测实时探测车辆周围的障碍物，在障碍物距离运输车辆一定位置或影响车辆通行安全时，发出声光报警，甚至自动停车。

3.系统功能3.2 设计功能5. 信号灯闭锁基于车辆精确定位和车辆路径规划，监测车辆运行状态，经综合运算后，自动控制变换红绿信号灯。

7.语音广播基于车辆精确定位和车辆路径规划，当车辆行驶至交叉路口、车辆汇车等情况发生时，车辆自动播放语音广播信息，提醒周围车辆和行人来车。

8.移动视频监测车辆前后安装多个无线视频摄像头，实时传输视频监测画面到远程监控中心，从而可以实时观察车辆运行状况。

6. 道岔联锁基于车辆精确定位和车辆路径规划，当车辆行驶至道岔前方100m位置时，道岔自动扳动到要求位置，并发出道岔位置确认信号。

9．数据监测安装在机车上的数据采集装置从机车控制中心获取机车主要运行参数，通过无线网络上传至远程控制中心。

3.3 设计功能10. 防掉道预警在距离道岔20米处安装特殊信标，机车经过特殊标签时，读取道岔状态，如道岔到位，语音喇叭提示前方有道岔；如道岔未到位，触发司机室的报警器报警，在9秒内，机车得不到司机的按键确认信息，车载智能控制终端自动控制机车停车。

系统构成01车辆车载子系统远程遥控子系统运输网络子系统03024.系统设计4.系统设计图1 系统结构4.系统设计煤矿辅助运输机器人系统如下图1所示。

机器人系统主要包括车辆车载子系统、遥控子系统和运输网络子系统三个部分。

车辆车载子系统是指安装在车辆上的所有控制器、传感器、电源、高清网络摄像头、网络交换机等。

运输网络子系统主要包括运输轨道过程中的信号灯控制器、道岔控制器、车辆定位设备以及实现机车车载子系统和远程遥控子系统之间的网络通信，包括有线和无线通信网络，遥控子系统主要包括视距遥控器、矿用井下遥控平台和地面远程遥控平台等，实现对单轨吊机车的近距离或者远程控制。

4.1 远程遥控子系统远程遥控子系统主要包括：矿用本安型遥控发送器； 地面远程控制平台； 井下远程遥控平台； 矿用隔爆兼本安电脑； 矿用网络交换机； 矿用隔爆兼本安电源；4.系统设计4.1 远程遥控子系统4.2 车辆车载子系统车辆车载子系统主要包括：隔爆兼本安型车载遥控接收器； 隔爆兼本安型车载中央控制器；参数监测传感器：压力、温度、油位、瓦斯等； 车辆位置传感器：绝对值编码器、UWB定位设备等；隔爆兼本安型高清网络摄像头； 矿用本安型拾音器； 隔爆兼本安型网络交换机； 隔爆兼本安型电源。