智能變頻控制系統(tǒng)在綜采工作面刮板輸送機中的應(yīng)用

梁志斌

【摘 要】 為了提高刮板輸送運行效率并降低能耗，文章提出將智能變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用到刮板輸送機運行控制中，并對變頻控制技術(shù)原理進行闡述、變頻控制方案進行優(yōu)選，最后進行工程應(yīng)用。研究結(jié)果表明：1）智能變頻控制系統(tǒng)可根據(jù)采煤機、刮板輸送機運行狀態(tài)對刮板輸送機運行速度進行智能調(diào)整，在滿足采面原煤運送基礎(chǔ)上降低設(shè)備能耗;2）智能變頻控制系統(tǒng)可對刮板輸送機各結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)進行監(jiān)測，在一定程度上提升刮板輸送機運行可靠性;3）在變頻控制系統(tǒng)中增加聯(lián)動判斷模塊，通過分析刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機運行速度，有效解決了轉(zhuǎn)載機調(diào)速滯后問題;4）最終確定的刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機聯(lián)動變頻控制方案不僅可滿足煤炭運輸需要而且綜合能耗較定頻降低14.70%，效果顯著。研究成果為智能綜采工作面建設(shè)工作開展提供了一定經(jīng)驗積累。

【關(guān)鍵詞】 綜采工作面;刮板輸送機;智能控制;變頻調(diào)速

現(xiàn)階段我國絕大多數(shù)刮板輸送機驅(qū)動采用“減速器+組合開關(guān)+雙速電機”或“減速器+液力耦合器+組合開關(guān)+電動機”方式，一般無法采集減速器或者驅(qū)動電機運行溫度。同時，在使用過程中還存在下述問題：液力耦合器、雙速電機由于啟動速度過快，容易造成刮板輸送機中部槽、鏈輪以及鏈條等磨耗增加，甚至造成刮板鏈斷鏈;傳統(tǒng)的刮板輸送機運行速度恒定，會造成一定的電能浪費;刮板輸送機采用液壓張緊方式，張緊力保持恒定，刮板輸送機停止運行后刮板鏈仍處于張緊狀態(tài)，容易導致刮板鏈出現(xiàn)變形;由于未在驅(qū)動裝置上布置油壓、溫度等傳感器，從而無法監(jiān)控驅(qū)動裝置內(nèi)各部件運行狀態(tài)。為此，文中根據(jù)綜采工作面刮板輸送機使用需要，提出一種具有智能控制功能的變頻控制系統(tǒng)，以期在一定程度上提升刮板輸送機運行效率。

1采面概況

山西某礦為2103綜采工作面開采2號煤層，煤層埋深平均250m、厚度3.12m，采面推進距離1450m、切眼長260m。為了提高采面綜采設(shè)備響應(yīng)能力，提出采用智能變頻控制方式控制刮板輸送機運行。采用的刮板輸送機型號為SGZ1000/2565，鏈速1.6m/s，運輸量為3000t/h，配套采用的電動機功率為3×855kW。轉(zhuǎn)載機型號為SZZ1200/525，鏈速1.96m/s，運輸量為3500t/h，配套電機功率525kW。變頻器電源為2500kVA移動變電站，具體配電線路連接情況見圖1。

2智能變頻控制系統(tǒng)

2.1驅(qū)動裝置硬件結(jié)構(gòu)

刮板輸送機驅(qū)動裝置主要由監(jiān)控系統(tǒng)以及變頻控制系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見圖2所示。

刮板輸送機運行通過型號為BPJV-3×1250/3.3變頻器提供動力，采用的變頻器具有2個單獨的供電回路，每個回路均可帶動功率1250kW以下的電動機運轉(zhuǎn)。為此，刮板輸送機機頭、機尾電動機可單獨運行也可聯(lián)合運行，變頻器控制采用主-從方式，其中機尾電動機為主電動機，從而確保三臺電動機功率平衡。變頻器內(nèi)信息通信采用CAN總線方式，可自動調(diào)整兩供電回路輸出。

監(jiān)控系統(tǒng)包括有地面布置的服務(wù)器、操作箱（CXJ127S）、數(shù)據(jù)采集箱（機頭、機尾各布置一個）、煤量檢測裝置、張緊裝置以及監(jiān)測電動機運行的振動傳感器等。操作箱作為井下監(jiān)控系統(tǒng)上位機，采用CAN總線方式與數(shù)據(jù)采集器、張緊控制器進行數(shù)據(jù)交互;采用以太網(wǎng)方式與煤量檢測裝置進行數(shù)據(jù)交互。位于地面的服務(wù)器通過井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)獲取整個監(jiān)控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。

2.2智能變頻控制優(yōu)勢

2.2.1刮板鏈隨輸送機運行自動張緊

刮板輸送機在啟動時，向張緊控制器發(fā)出控制指令對刮板鏈進行預張緊，張緊完成后刮板輸送機可完成正常啟動。刮板輸送機停機時先停止變頻器電流輸出，然后向張緊控制器發(fā)出控制指令，降低刮板鏈張緊程度。張緊控制器會向操作箱發(fā)出刮板鏈裝置運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)（如：松鏈、保壓以及緊鏈等狀態(tài)），并在操作箱液壓顯示屏上顯示。

2.2.2智能調(diào)速

煤量檢測裝置通過激光掃描儀獲取煤量信息。激光掃描儀將獲取到的煤量信息通過以太網(wǎng)傳輸至操作箱，控制箱內(nèi)PLC控制器通過分析煤量、采煤機位置以及刮板輸送機電動機電流值，按照預先設(shè)定的邏輯控制程序向變頻器發(fā)出控制指令，從而使得刮板輸送機處于最佳運行狀態(tài)，如圖3所示。

2.2.3驅(qū)動裝置運行監(jiān)控

在刮板輸送機機頭、機尾處各布置一個數(shù)據(jù)箱，數(shù)據(jù)箱集成有溫度監(jiān)測模塊，通過PT100溫度傳感器實時獲取減速器、電動機運行溫度，并將模擬信號進行轉(zhuǎn)換，向操作箱傳輸監(jiān)測結(jié)果。操作箱內(nèi)PLC控制器可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對機頭、機尾驅(qū)動裝置進行保護。

2.2.4驅(qū)動裝置故障監(jiān)控

在機頭、機尾電動機下方基座位置布置振動傳感器用以監(jiān)測電動機振動情況，通過監(jiān)測電動機振動頻率、振幅來對驅(qū)動裝置是否出現(xiàn)異常進行判定。當監(jiān)測到有異常情況時，操作箱顯示屏會發(fā)出預警信息。

3變頻調(diào)速控制方案確定

3.1判定指標

3.1.1刮板輸送機變頻調(diào)速評判指標

刮板輸送機變頻調(diào)速時將采煤機牽引速度、位置，刮板輸送機電流及采煤機電流等參數(shù)賦權(quán)后，可綜合確定刮板輸送機變頻調(diào)速評判指標A，具體表達式為：

其中：B為平均指標，表達式為：B=B1r1+B2r2，B1為轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)矩（N·m）、B2為刮板輸送機煤量掃描結(jié)果（kg/min）;r1為轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)矩權(quán)重（取值0.5）、r2為刮板輸送機煤量掃描結(jié)果權(quán)重（取值0.5）。

Bm為最大指標，表達式為：B=B1r1+B2r2，B1m、B2m分別為轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)矩（N·m）、刮板輸送機輸送煤量（kg/min）額定值。

3.2變頻控制方案優(yōu)選

3.2.1變頻控制方案

在2103綜采工作面試采階段，為了實現(xiàn)刮板輸送機高效運行，具體提出3種控制方案，并通過分析比對不同控制方案下刮板輸送機運行效率以及電能消耗量，從而確定最優(yōu)變頻控制方案。

方案1：通過綜合分析指標A、B，根據(jù)指標變化情況單獨對刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機進行變頻調(diào)速控制。

方案2：對指標A進行分析判斷后，根據(jù)指標A變化情況調(diào)整刮板輸送機運行速度;轉(zhuǎn)載機則在高速狀態(tài)下持續(xù)運行。

方案3：綜合分析A、B指標，根據(jù)評判結(jié)果動態(tài)控制刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機運行速度;隨后對刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機運行速度進行比對，當轉(zhuǎn)載機運行速度低于刮板輸送機時則將轉(zhuǎn)載機運輸速度調(diào)整為刮板輸送機運行速度;當轉(zhuǎn)載機運輸速度高于刮板輸送機時按原速度運行。

3.2.2優(yōu)選分析

通過井下現(xiàn)場測試分析，采用方案1時，轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機分別調(diào)速度，轉(zhuǎn)載機在使用過程中存在調(diào)速滯后問題，不能及時隨刮板輸送機調(diào)速而調(diào)速，從而造成轉(zhuǎn)載機出現(xiàn)由于煤量過多而無法有效運轉(zhuǎn)問題;

采用方案2時轉(zhuǎn)載機處于高速運行狀態(tài)，有效避免了方案1中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)載機由于煤量過多導致無法正常運轉(zhuǎn)問題，但轉(zhuǎn)載機無法根據(jù)負載變化情況調(diào)整設(shè)備運行;

采用方案3時有效解決轉(zhuǎn)載機調(diào)速滯后問題，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機運行速度與刮板輸送機運行速度相匹配確保轉(zhuǎn)載機始終處于最大負載運行狀態(tài)。

具體不同方案下的電能消耗情況見表1。

從表1看出，方案1、方案2噸煤電能消耗量接近，較定頻運行時噸煤電能消耗降低幅度在9.78%，有一定的節(jié)能效果;方案3較方案1及方案2噸煤電能消耗量降低4.83%，較定頻運行時噸煤電能消耗量降幅達到14.71%。

通過分析不同方案刮板輸送機運行效果以及能耗情況，發(fā)現(xiàn)方案3不僅可解決調(diào)速滯后問題，而且可滿足原煤運輸需要，同時電能消耗量也較低，是較為合理的變頻調(diào)速方案。

4總結(jié)

將智能變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用到刮板輸送機運行控制中，并根據(jù)采煤機牽引速度、位置、電流以及刮板輸送機電流等參數(shù)動態(tài)調(diào)整刮板輸送機運行速度，可有效降低刮板輸送機能耗。避免刮板輸送機在空載或者輕載時仍按重載運行，降低刮板鏈、中部槽等設(shè)備磨耗。

通過分析對比不同變頻控制方案，發(fā)現(xiàn)在變頻調(diào)速控制時通過刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機變頻聯(lián)動控制不僅可解決轉(zhuǎn)載機調(diào)速滯后問題，而且可滿足原煤運輸需要，噸煤能耗較定頻控制降低達到14.71%，效果顯著。

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