采煤工作面刮板機(jī)智能變頻控制系統(tǒng)研究

張 劍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200）

引言

現(xiàn)階段礦井綜采工作面刮板輸送機(jī)多為定頻驅(qū)動(dòng)，不僅無(wú)法根據(jù)運(yùn)輸載荷調(diào)整運(yùn)行速度而且無(wú)法采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)[1-3]。采用變頻器對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行改造后，雖然可實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)軟啟動(dòng)，但是也存在無(wú)法監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行參數(shù)問(wèn)題[4-6]。為此，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，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)高效運(yùn)行。

1 51102工作面工程概況

山西某礦51102工作面回采的11號(hào)煤層厚度3.5 m、傾角4°，埋深430 m，采面走向、傾向長(zhǎng)度分別為1 520 m、245 m，采面生產(chǎn)時(shí)平均推進(jìn)速度為3.2 m/d，原煤運(yùn)輸采用型號(hào)SGZ1000/2565刮板輸送機(jī)運(yùn)行，額定運(yùn)輸量為3 kt/h。刮板機(jī)采用三機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)頭、機(jī)尾分別布置2臺(tái)、1臺(tái)功率855 kW的電機(jī)。采面機(jī)頭布置型號(hào)SZZ1200/525轉(zhuǎn)載機(jī)、電機(jī)功率525 kW，額定轉(zhuǎn)載量為3.5 kt/h。采面刮板輸送機(jī)采用型號(hào)KBZSGZY-2500/10/2×1905移動(dòng)電源供電。

2 刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

在綜采工作面內(nèi)布置的刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有變頻控制系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，具體系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)采用智能變頻器（型號(hào)BPJV-3×1250/3.3）為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，變頻器采用2個(gè)獨(dú)立的供電回路給機(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。因此，機(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)可同時(shí)運(yùn)行也可單獨(dú)運(yùn)行。機(jī)頭、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)運(yùn)行控制采用主從方式，將機(jī)頭電機(jī)作為主電動(dòng)機(jī)、機(jī)尾電機(jī)為從電機(jī)。變頻器內(nèi)部信息交互通過(guò)CAN總線方式實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)供電回路進(jìn)行調(diào)整。

圖1 刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)尾的數(shù)據(jù)采集箱、煤量檢測(cè)裝置，機(jī)投的數(shù)據(jù)采集箱以及張緊控制器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)附近安裝的振動(dòng)傳感器等。數(shù)據(jù)采集箱獲取到的刮板輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)均采用CAN總線方式傳輸至操控箱（型號(hào)CXJ127S），機(jī)頭位置的煤量檢測(cè)裝置信息通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給控制箱。控制箱綜合分析監(jiān)測(cè)信號(hào)后，向變頻器發(fā)出控制指令，從而調(diào)整綜采工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)智能控制。

2.2 刮板輸送機(jī)智能變頻控制功能

2.2.1 刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度智能調(diào)整

在刮板輸送機(jī)機(jī)尾位置布置有煤量檢測(cè)裝置，該裝置采用激光掃描儀實(shí)時(shí)獲取煤量信息。操作箱以及激光掃描儀檢測(cè)信息并結(jié)合刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度對(duì)刮板機(jī)運(yùn)輸煤量進(jìn)行分析，智能調(diào)整運(yùn)行速度[7]。

2.2.2 刮板鏈智能張緊

刮板輸送機(jī)在初期啟動(dòng)時(shí)，操作箱按照控制邏輯向張緊裝置發(fā)出指令對(duì)刮板鏈進(jìn)行預(yù)張緊，從而避免刮板機(jī)在重載時(shí)難以啟動(dòng)問(wèn)題；刮板輸送機(jī)停機(jī)運(yùn)行時(shí)先停止變頻器向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，后張緊裝置停止運(yùn)行，降低刮板鏈張緊程度。張緊裝置在正常運(yùn)行期間會(huì)向控制箱發(fā)出刮板鏈運(yùn)行狀態(tài)，如刮板鏈過(guò)于松弛或者張緊力過(guò)大等參數(shù)。

2.2.3 刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

溫度、振動(dòng)等是表征驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行是否正常的關(guān)鍵參數(shù)。在刮板輸送機(jī)兩端各布置有一數(shù)據(jù)采集箱，該數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)嵌有溫度監(jiān)測(cè)模塊。通過(guò)預(yù)先布置在減速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的溫度傳感器（型號(hào)PT100）對(duì)啟動(dòng)電機(jī)、減速器等設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給控制箱。控制箱依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器等設(shè)備運(yùn)行，當(dāng)監(jiān)測(cè)到運(yùn)行穩(wěn)定異常時(shí)，控制箱則向變頻器發(fā)出停機(jī)指令，停止向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)基座附近安裝的振動(dòng)傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是否出現(xiàn)異常振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)有異常振動(dòng)時(shí)則刮板輸送機(jī)運(yùn)行，從而避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障擴(kuò)大化。

3 刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)調(diào)速方案確定

刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)涉及到的設(shè)備主要有采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等，因此可根據(jù)采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行情況智能對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。將采煤機(jī)運(yùn)行速度、供電電流、位置等參數(shù)按照一定的比重賦值，形成綜合指標(biāo)A；根據(jù)刮板輸送機(jī)煤量檢測(cè)結(jié)果、轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)按照一定比重賦值，形成綜合指標(biāo)B。

在51102綜采工作面試運(yùn)行期間，為了實(shí)現(xiàn)采面綜采設(shè)備高效運(yùn)行，具體采用下述調(diào)速方案：在刮板輸送機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)，在對(duì)A、B指標(biāo)綜合分析后，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)速高于刮板輸送機(jī)且運(yùn)輸量可滿足要求時(shí)，則保持轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度不變；當(dāng)轉(zhuǎn)載運(yùn)行速度低于刮板輸送機(jī)時(shí)則適當(dāng)提升轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度，從而滿足后續(xù)煤炭運(yùn)輸需要。

4 刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

在51102綜采工作面采用智能控制系統(tǒng)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)行的智能監(jiān)控及智能控制，而且可降低刮板輸送機(jī)能耗。具體智能控制系統(tǒng)應(yīng)用前后刮板輸送機(jī)能耗監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 智能控制系統(tǒng)應(yīng)用前后刮板輸送機(jī)能耗監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表中看出，刮板輸送機(jī)采用智能控制系統(tǒng)后，噸煤運(yùn)輸能耗由1.81 kW·h/t降低至1.54 kW·h/t，綜合能耗降低率達(dá)到14.72%，取得顯著節(jié)能效果。