梁志斌

【摘 要】 為了提高刮板輸送運(yùn)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(jī)運(yùn)行控制中，并對變頻控制技術(shù)原理進(jìn)行闡述、變頻控制方案進(jìn)行優(yōu)選，最后進(jìn)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(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)對刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行智能調(diào)整，在滿足采面原煤運(yùn)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(jī)各結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，在一定程度上提升刮板輸送機(jī)運(yùn)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(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度，有效解決了轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后問題;4）最終確定的刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)聯(lián)動變頻控制方案不僅可滿足煤炭運(yùn)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(yàn)積累。

【關(guān)鍵詞】 綜采工作面;刮板輸送機(jī);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(jī)驅(qū)動采用“減速器+組合開關(guān)+雙速電機(jī)”或“減速器+液力耦合器+組合開關(guān)+電動機(jī)”方式，一般無法采集減速器或者驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行溫度。同時(shí)，在使用過程中還存在下述問題：液力耦合器、雙速電機(jī)由于啟動速度過快，容易造成刮板輸送機(jī)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(jī)運(yùn)行速度恒定，會造成一定的電能浪費(fèi);刮板輸送機(jī)采用液壓張緊方式，張緊力保持恒定，刮板輸送機(jī)停止運(yùn)行后刮板鏈仍處于張緊狀態(tài)，容易導(dǎo)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(yùn)行狀態(tài)。為此，文中根據(jù)綜采工作面刮板輸送機(jī)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(jī)運(yùn)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(jìn)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(jī)運(yùn)行。采用的刮板輸送機(jī)型號為SGZ1000/2565，鏈速1.6m/s，運(yùn)輸量為3000t/h，配套采用的電動機(jī)功率為3×855kW。轉(zhuǎn)載機(jī)型號為SZZ1200/525，鏈速1.96m/s，運(yùn)輸量為3500t/h，配套電機(jī)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(jī)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(jī)運(yùn)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(gè)單獨(dú)的供電回路，每個(gè)回路均可帶動功率1250kW以下的電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)可單獨(dú)運(yùn)行也可聯(lián)合運(yùn)行，變頻器控制采用主-從方式，其中機(jī)尾電動機(jī)為主電動機(jī)，從而確保三臺電動機(jī)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(jī)頭、機(jī)尾各布置一個(gè)）、煤量檢測裝置、張緊裝置以及監(jiān)測電動機(jī)運(yùn)行的振動傳感器等。操作箱作為井下監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)，采用CAN總線方式與數(shù)據(jù)采集器、張緊控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;采用以太網(wǎng)方式與煤量檢測裝置進(jìn)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)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(jī)運(yùn)行自動張緊

刮板輸送機(jī)在啟動時(shí)，向張緊控制器發(fā)出控制指令對刮板鏈進(jìn)行預(yù)張緊，張緊完成后刮板輸送機(jī)可完成正常啟動。刮板輸送機(jī)停機(jī)時(shí)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(yùn)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(jī)位置以及刮板輸送機(jī)電動機(jī)電流值，按照預(yù)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(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，如圖3所示。

2.2.3驅(qū)動裝置運(yùn)行監(jiān)控

在刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾處各布置一個(gè)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(shí)時(shí)獲取減速器、電動機(jī)運(yùn)行溫度，并將模擬信號進(jìn)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(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動裝置進(jìn)行保護(hù)。

2.2.4驅(qū)動裝置故障監(jiān)控

在機(jī)頭、機(jī)尾電動機(jī)下方基座位置布置振動傳感器用以監(jiān)測電動機(jī)振動情況，通過監(jiān)測電動機(jī)振動頻率、振幅來對驅(qū)動裝置是否出現(xiàn)異常進(jìn)行判定。當(dāng)監(jiān)測到有異常情況時(shí)，操作箱顯示屏?xí)l(fā)出預(yù)警信息。

3變頻調(diào)速控制方案確定

3.1判定指標(biāo)

3.1.1刮板輸送機(jī)變頻調(diào)速評判指標(biāo)

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

其中：B為平均指標(biāo)，表達(dá)式為：B=B1r1+B2r2，B1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）。

Bm為最大指標(biāo)，表達(dá)式為：B=B1r1+B2r2，B1m、B2m分別為轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩（N·m）、刮板輸送機(jī)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(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)高效運(yùn)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(jī)運(yùn)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(biāo)A、B，根據(jù)指標(biāo)變化情況單獨(dú)對刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。

方案2：對指標(biāo)A進(jìn)行分析判斷后，根據(jù)指標(biāo)A變化情況調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度;轉(zhuǎn)載機(jī)則在高速狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行。

方案3：綜合分析A、B指標(biāo)，根據(jù)評判結(jié)果動態(tài)控制刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度;隨后對刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行比對，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度低于刮板輸送機(jī)時(shí)則將轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸速度調(diào)整為刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度;當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸速度高于刮板輸送機(jī)時(shí)按原速度運(yùn)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(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)分別調(diào)速度，轉(zhuǎn)載機(jī)在使用過程中存在調(diào)速滯后問題，不能及時(shí)隨刮板輸送機(jī)調(diào)速而調(diào)速，從而造成轉(zhuǎn)載機(jī)出現(xiàn)由于煤量過多而無法有效運(yùn)轉(zhuǎn)問題;

采用方案2時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)處于高速運(yùn)行狀態(tài)，有效避免了方案1中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)載機(jī)由于煤量過多導(dǎo)致無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)問題，但轉(zhuǎn)載機(jī)無法根據(jù)負(fù)載變化情況調(diào)整設(shè)備運(yùn)行;

采用方案3時(shí)有效解決轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后問題，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度與刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度相匹配確保轉(zhuǎn)載機(jī)始終處于最大負(fù)載運(yùn)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(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)噸煤電能消耗量降幅達(dá)到14.71%。

通過分析不同方案刮板輸送機(jī)運(yùn)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(yùn)輸需要，同時(shí)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(jī)運(yùn)行控制中，并根據(jù)采煤機(jī)牽引速度、位置、電流以及刮板輸送機(jī)電流等參數(shù)動態(tài)調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度，可有效降低刮板輸送機(jī)能耗。避免刮板輸送機(jī)在空載或者輕載時(shí)仍按重載運(yùn)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(shí)通過刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)變頻聯(lián)動控制不僅可解決轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后問題，而且可滿足原煤運(yùn)輸需要，噸煤能耗較定頻控制降低達(dá)到14.71%，效果顯著。

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