刮板輸送機智能變頻控制技術(shù)研究

劉 超

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采掘機電設(shè)備應(yīng)用推廣，現(xiàn)階段我國井工開采煤礦綜合機械化水平可達到80%以上，且礦井逐漸朝著智能化方向發(fā)展[1]。智能化綜采工作面應(yīng)用可顯著減少作業(yè)人員數(shù)量并提升煤炭開采效率及安全保障能力，但是現(xiàn)階段礦井智能化建設(shè)仍處于初級階段，智能化開采技術(shù)及智能化開采設(shè)備等問題需要重點攻關(guān)解決[2-3]。隨著礦井智能化開采技術(shù)應(yīng)用推廣，變頻控制技術(shù)在井下水泵、風機等負載上應(yīng)用較為廣泛。轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機等是綜采工作面常用設(shè)備類型，若將刮板輸送機進行變頻控制可顯著降低設(shè)備啟動及重載階段對電網(wǎng)的沖擊，減少刮板輸送機鏈條、鏈輪等磨耗，對提升刮板輸送機整體運行可靠性具有一定促進意義[4-7]。本文以山西某礦11305 綜采工作面回采為工程背景，對刮板輸送機智能控制技術(shù)展開研究，并提出綜合采煤機推進速度、位置及電流等參數(shù)調(diào)整刮板輸送機運行，以便提升刮板輸送機運行效率并降低設(shè)備能耗。

1 工程概況

11305 綜采工作面為礦井首個智能化開采工作面，采面開采11 號煤層，厚度平均3.21 m，煤層埋藏深度350 m。采面設(shè)計走向推進1 145 m，傾向長260 m。為了提升刮板輸送機運輸系統(tǒng)響應(yīng)速度及運行可靠性，根據(jù)采面采煤機、液壓支架等設(shè)備配備情況，煤層賦存地質(zhì)條件及井下煤炭運輸需要，采面刮板輸送機運輸系統(tǒng)采用SGZ1000/2526 刮板輸送機、SZZ1200/525 轉(zhuǎn)載機。具體采面使用的刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機技術(shù)參數(shù)

刮板輸送機及轉(zhuǎn)載機等設(shè)備采用井下移動變電站供電， 采用的移動變電站型號為KBZSGZY-3150/10/2*1.905YZ，移動變電站高壓為10 kV，低壓側(cè)為1 路380 V、2 路1.905 kV；刮板輸送機及轉(zhuǎn)載機使高壓組合變頻器控制，具體設(shè)備型號為BPJV-3*1250/3.3、BPJV-2*1250/3.3。使用的高壓變頻器可同時驅(qū)動3 臺高功率電動機運行，并實現(xiàn)電動機間功率平衡；控制箱采用KXJ127（A）型，控制箱內(nèi)置PLC 控制器，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機等設(shè)備變頻驅(qū)動控制，并可對設(shè)備運行參數(shù)進行監(jiān)測。具體采面刮板輸送機供電系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 采面刮板輸送機供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 刮板輸送機智能變頻控制硬件結(jié)構(gòu)

刮板輸送機智能變頻控制硬件結(jié)構(gòu)有高壓變頻器組合、PLC 控制箱、煤量掃描儀、顯示系統(tǒng)等。智能變頻控制系統(tǒng)使用PLC 控制箱對使用的兩臺變頻器進行調(diào)速控制，PLC 控制箱可顯示刮板輸送機運行速度、驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速及電流等參數(shù)，同時具備低速、高速、定速、智能調(diào)速、遠程、本地控制等功能。通過井下已經(jīng)有的工業(yè)以太網(wǎng)，可將控制箱監(jiān)測信息及控制信息等實時傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)刮板輸送機運行遠程監(jiān)測及控制。具體刮板輸送機智能變頻控制結(jié)構(gòu)原理如下頁圖2 所示。

圖2 刮板輸送機智能變頻控制結(jié)構(gòu)原理

PLC 控制箱選擇使用型號S7-300CPU315-2DP/PN功能模塊，可接受采煤機、變頻器等運行參數(shù)，依據(jù)采煤機電流、采煤機位置、刮板輸送機負載及電流等參數(shù)，并對參數(shù)進行內(nèi)部運算，最終計算得出刮板輸送機最佳運行速度。控制箱上位機軟件為動態(tài)王6.60，可實現(xiàn)運行參數(shù)記錄、顯示及存儲。

刮板輸送機調(diào)速采用兩臺高壓組合變頻器組合對刮板輸送機電動機運行進行控制，通過高壓變頻器可實現(xiàn)刮板輸送機軟啟動、機頭及機尾電動機功率平衡等功能。

3 刮板輸送機智能調(diào)速運行控制

3.1 刮板輸送機智能調(diào)速控制指標

1）依據(jù)采煤機等運行參數(shù)調(diào)整刮板輸送機運行。刮板輸送機智能變頻控制依據(jù)采煤機位置、采煤機電流、刮板輸送機電流等參數(shù)進行，具體確定的綜合評價指標A 可通過式（1）確定：

2）依據(jù)轉(zhuǎn)載機調(diào)整刮板輸送機運行速度。通過刮板輸送機上布置的煤量掃描裝置檢測結(jié)果及轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)矩等參數(shù)調(diào)整刮板輸送機運行速度，具體評價指標B 可由式（2）確定：

3.2 刮板輸送機智能調(diào)速方案確定

3.2.1 智能調(diào)速方案設(shè)計

為提高刮板輸送機運行效率并實現(xiàn)智能化控制，具體設(shè)計如下三種智能調(diào)速方案：

方案1：綜合分析A、B 指標并依據(jù)指標變化智能調(diào)整刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機運行速度。

方案2：單獨分析A 指標，并依據(jù)A 指標變化智能調(diào)速刮板輸送機運行；轉(zhuǎn)載機則處于額定運行狀態(tài)。

方案3：綜合分析A、B 指標，并對比刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機運行速度，根據(jù)煤量運輸量變化、運行速度變化對設(shè)備運行速度進行調(diào)整，確保轉(zhuǎn)載機運行速度適中并大于刮板輸送機。

3.2.2 優(yōu)選分析

對設(shè)計的變頻調(diào)速方案進行現(xiàn)場應(yīng)用，具體對比結(jié)果見表2。從表2 中看出，采用方案1 時常出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機堵塞問題；采用方案2 時，則出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機能耗過大問題；采用方案3 時，轉(zhuǎn)載機即可滿足刮板輸送機系統(tǒng)煤炭運輸需要，而且刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機等能耗最低，現(xiàn)場應(yīng)用效果最為顯著。通過綜合分析，確定選擇方案3 作為刮板輸送機智能變頻調(diào)速方案。

表2 不同調(diào)速方案應(yīng)用效果

4 結(jié)語

刮板輸送機是井下綜采工作面煤炭運輸設(shè)備，實現(xiàn)刮板輸送機智能變頻控制對提升采面綜合智能化開采水平具有顯著的促進意義。為此，本文綜合采煤機回采速度、采煤機位置、采煤機電流、刮板輸送機電流及轉(zhuǎn)載機運行速度等參數(shù)對刮板輸送機運行速度進行調(diào)整。

本文提出的刮板輸送機智能變頻控制方案不僅可滿足采面煤炭運輸需要，而且綜合能耗較低，智能化程度較高。