智能變頻控制系統(tǒng)在刮板輸送機(jī)上的應(yīng)用探析

張 斌

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

引言

當(dāng)前，我國使用的刮板輸送機(jī)驅(qū)動形式主要有兩種形式：減速器、組合開關(guān)、雙速電機(jī)；減速器、液力耦合器、組合開關(guān)、電動機(jī)。以上這兩種驅(qū)動形式并不能采集減速器以及啟動電機(jī)的溫度信息。并且在使用的過程中往往存在：當(dāng)啟動雙速電機(jī)時(shí)出現(xiàn)速度過快現(xiàn)象，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)中部位置的槽以及鏈輪產(chǎn)生較大的磨損。由于在傳統(tǒng)刮板輸送機(jī)工作速度設(shè)定不變，進(jìn)而造成不必要的能源損耗。當(dāng)刮板輸送機(jī)張緊形式選用液壓，其可以有效地保證刮板輸送機(jī)處于恒定的張緊狀態(tài)，當(dāng)刮板輸送機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，刮板輸送機(jī)張緊狀態(tài)并未發(fā)生變化，最終將導(dǎo)致刮板鏈出現(xiàn)變形。通常并不在傳統(tǒng)的刮板輸送機(jī)上按照油壓以及溫度等相關(guān)傳感器，從而并未能夠?qū)︱?qū)動裝置起到監(jiān)測的效果。

1 2103綜采工作面概況

山西某礦為2103綜采工作面開采2號煤層，經(jīng)過勘探發(fā)現(xiàn)煤層平均深度為250 m、而相應(yīng)的厚度為3.12 m，綜采工作面推進(jìn)距離為1 450 m，切眼長度為260 m。為了優(yōu)化綜采設(shè)備響應(yīng)能力，從而可以借助智能化變頻設(shè)備對刮板輸送機(jī)進(jìn)行控制。選用刮板輸送機(jī)對應(yīng)的型號為SGZ1000/2565，通常鏈速為1.6 m/s，而電動機(jī)功率為525 kW。所采用的變頻器電源為2 500 kVA，圖1表示相應(yīng)的配電線路連接圖[1]。

圖1 配電線路具體連接示意圖

2 智能變頻控制系統(tǒng)

2.1 驅(qū)動裝置硬件結(jié)構(gòu)

通常刮板輸送機(jī)是由如下兩個(gè)單元組成：監(jiān)控系統(tǒng)單元、變頻控制單元，圖2表示相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

圖2 智能變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一般變頻器能夠給刮板輸送機(jī)提供動力，上圖選用的型號為BPJV-3x1250/3.3，該變頻器選用獨(dú)立的兩個(gè)供電回路，回路電路可以給電動機(jī)提供1 250 kW以下的動力。從而能夠在刮板送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾位置設(shè)置單獨(dú)控制與聯(lián)合控制。通常可以將主電動機(jī)設(shè)置在機(jī)尾位置，這樣能夠有效地保證三臺電動機(jī)提供穩(wěn)定的功率。通常在變頻器內(nèi)部設(shè)置CAN總線進(jìn)行信息交互，從而能夠有效地調(diào)整供電回路輸出。一般監(jiān)控系統(tǒng)包含服務(wù)器操作箱、煤量檢測裝置、張緊裝置等[2]。

2.2 智能變頻的優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 刮板鏈輸送機(jī)運(yùn)行自動張緊

假如刮板輸送機(jī)啟動時(shí)，輸出給張緊控制張緊信息，因此能夠控制刮板張緊狀態(tài)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)張緊控制后實(shí)現(xiàn)正常的啟動。當(dāng)刮板輸送機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，那么首先使得變頻器失電，接著張緊控制裝置接收到相應(yīng)的控制指令后，通過控制可以較好地降低刮板輸送機(jī)的張緊度。與此同時(shí)，張緊控制器經(jīng)過采集信息將操作箱對應(yīng)的刮板鏈運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行反饋，最終相關(guān)工人員可以在操作箱液壓顯示屏上面觀察數(shù)據(jù)的變化情況。

2.2.2 智能調(diào)速

通常煤礦檢測裝置能夠借助激光掃描儀對煤量進(jìn)行掃描，進(jìn)而能夠得到煤量信息參數(shù)。假如得到數(shù)據(jù)后，那么將該信息輸送到操作箱，經(jīng)過分析PLC控制單元能夠給變頻器傳輸控制指令，從而可以使得刮板輸送機(jī)處于最佳的狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 智能調(diào)速控制原理圖

2.2.3 對驅(qū)動裝置運(yùn)行監(jiān)控

將數(shù)據(jù)箱設(shè)置在刮板輸送機(jī)機(jī)頭以及機(jī)尾位置，由于在數(shù)據(jù)箱內(nèi)部設(shè)置有溫度檢測傳感器，進(jìn)而能夠監(jiān)測減速器、電動機(jī)等設(shè)備溫度的變化情況。在其內(nèi)部可以將物理量信息轉(zhuǎn)化成為電信號，最終將信號傳輸給操作箱實(shí)現(xiàn)信號的傳輸檢測。

2.2.4 對驅(qū)動裝置故障實(shí)施監(jiān)控

由于在機(jī)頭與機(jī)尾對應(yīng)的電動機(jī)基座位置設(shè)置有振動傳感器，這樣便于對電機(jī)的振動情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以有效地電機(jī)振動頻率與振幅出現(xiàn)異常的情況，最終可以判定驅(qū)動裝置是否存在異常。假如發(fā)現(xiàn)異常振動時(shí)，那么將在操作箱顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。

3 確定變頻調(diào)速控制方案

3.1 對應(yīng)的判定指標(biāo)

3.1.1 刮板輸送機(jī)變頻調(diào)速評判指標(biāo)

在控制刮板輸送機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，依據(jù)對應(yīng)的程序?qū)⑻幚磉^的數(shù)據(jù)傳輸給煤機(jī)牽引速度、刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)電流進(jìn)行賦權(quán)，最終可以確定刮板輸送機(jī)變頻調(diào)速指標(biāo)A，其相應(yīng)的表達(dá)公式如下：

式中：Am為最大指標(biāo)；表示相應(yīng)的采煤機(jī)牽引速度，m/min；A2表示相應(yīng)的采煤機(jī)位置，m；A3表示相應(yīng)的刮板輸送機(jī)電流，A；A4表示相應(yīng)的采煤機(jī)電流，A；k1表示相應(yīng)的采煤機(jī)牽引速度權(quán)重，取值0.39；k2表示相應(yīng)的采煤機(jī)位置權(quán)重，取值0.26；k3表示相應(yīng)的刮板輸送機(jī)電流監(jiān)測值權(quán)重，取值0.22；k4表示相應(yīng)的刮板輸送機(jī)電流監(jiān)測值權(quán)重，取值0.13。

3.1.2 轉(zhuǎn)載機(jī)變調(diào)速評定指標(biāo)

在轉(zhuǎn)載機(jī)變速評定指標(biāo)時(shí)，需要依據(jù)轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩與刮板送機(jī)在煤量掃描情況進(jìn)而得到如下公式：

式中：Bm為最大指標(biāo)；為轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩，N·m；B2為刮板輸送機(jī)煤量掃描結(jié)果，kg/min；r1為轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩權(quán)重，取值0.5；r2為刮板輸送機(jī)煤量掃描結(jié)果權(quán)重，取值0.5。

3.2 變頻控制方案的優(yōu)選

3.2.1 變頻控制方案

為了更好地提高刮板輸送機(jī)的工作效率，在2103工作面應(yīng)用智能變頻控制系統(tǒng)，同時(shí)提出了三種控制形式，經(jīng)過對三種方式進(jìn)行比較，得到不同控制方案對應(yīng)刮板機(jī)工作過程中需要對電量以及效率，最終可以得到最佳的變頻控制形式。

方案1：在對A、B指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，依據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)以刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。

方案2：在分析A指標(biāo)后，通過得到的結(jié)果調(diào)整刮板輸送機(jī)的速度，同時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)可以在高速的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的運(yùn)行。

方案3：對A、B指標(biāo)分析，借助結(jié)果對刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。在對比刮板輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)速度發(fā)現(xiàn)，假如轉(zhuǎn)載機(jī)工作速度大于刮板輸送機(jī)時(shí)，那么將會依據(jù)原來的速度保持運(yùn)行。反之，轉(zhuǎn)載機(jī)的速度將按照刮板輸送機(jī)運(yùn)行。

3.2.2 優(yōu)選分析

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，假如使用方案1進(jìn)行控制，分別使用轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板機(jī)進(jìn)行調(diào)試控制時(shí)，當(dāng)使用轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行調(diào)整時(shí)出現(xiàn)一定滯后問題，可是不能隨著刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機(jī)煤量出現(xiàn)堵塞的問題，嚴(yán)重降低了轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸效率。

當(dāng)選用方案2控制時(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)能夠處于高速運(yùn)行狀態(tài)，從而對第一種形式進(jìn)行優(yōu)化，可是經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)不能隨著負(fù)載的變化而對設(shè)備間進(jìn)行調(diào)整的現(xiàn)象。

當(dāng)選用方案3控制時(shí)，不僅能夠有效地克服轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后問題，而且能夠使得轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板輸送機(jī)的速度時(shí)刻保持最佳的匹配狀態(tài)。表1表示不同方案下的電能消耗情況。

表1 三種方案下的電能消耗情況表

通過分析表1可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過對方案1、方案2對比可以看出其在煤電能消耗方面非常接近，由此可以看出具有一定的節(jié)能效果。在對案例3進(jìn)行分析可以看出，煤電量方面的消耗出現(xiàn)一定幅度的減少。

經(jīng)過對不同方案進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，方案3能夠有效地解決調(diào)速滯后現(xiàn)象，同時(shí)可以滿足運(yùn)煤需要，該方面變頻調(diào)速方案最為理想。

4 結(jié)語

在充分利用采煤機(jī)相關(guān)參數(shù)的情況下該智能變頻控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對刮板輸送機(jī)速度的動態(tài)調(diào)整，從而能夠有效地避免出現(xiàn)空載時(shí)造成過多的電量消耗，最終能夠降低刮板鏈與中部槽設(shè)備的磨損問題。同時(shí)，經(jīng)過對不同變頻控制方案進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，借助刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)變頻聯(lián)動可以有效地避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后問題。