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多為定頻驅(qū)動，不僅無法根據(jù)運輸載荷調(diào)整運行速度而且無法采集驅(qū)動電機、減速器等設(shè)備運行參數(shù)[1-3]。采用變頻器對刮板輸送機進行改造后，雖然可實現(xiàn)刮板輸送機軟啟動，但是也存在無法監(jiān)測刮板輸送機驅(qū)動裝置運行參數(shù)問題[4-6]。為此，提出將智能變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用到刮板輸送機運行控制中，實現(xiàn)刮板輸送機高效運行。

1 51102工作面工程概況

山西某礦51102工作面回采的11號煤層厚度3.5 m、傾角4°，埋深430 m，采面走向、傾向長度分別為1 520 m、245 m，采面生產(chǎn)時平均推進速度為3.2 m/d，原煤運輸采用型號SGZ1000/2565刮板輸送機運行，額定運輸量為3 kt/h。刮板機采用三機驅(qū)動，機頭、機尾分別布置2臺、1臺功率855 kW的電機。采面機頭布置型號SZZ1200/525轉(zhuǎn)載機、電機功率525 kW，額定轉(zhuǎn)載量為3.5 kt/h。采面刮板輸送機采用型號KBZSGZY-2500/10/2×1905移動電源供電。

2 刮板輸送機智能控制系統(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)見圖1。

刮板輸送機正常運行時采用智能變頻器（型號BPJV-3×1250/3.3）為驅(qū)動電機供電，變頻器采用2個獨立的供電回路給機頭、機尾驅(qū)動電機供電。因此，機頭、機尾驅(qū)動電機可同時運行也可單獨運行。機頭、機尾驅(qū)動電機同時運行時，電機運行控制采用主從方式，將機頭電機作為主電動機、機尾電機為從電機。變頻器內(nèi)部信息交互通過CAN總線方式實現(xiàn)，并根據(jù)現(xiàn)場需要對機頭、機尾電機供電回路進行調(diào)整。

圖1 刮板輸送機智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)有機尾的數(shù)據(jù)采集箱、煤量檢測裝置，機投的數(shù)據(jù)采集箱以及張緊控制器，驅(qū)動電機附近安裝的振動傳感器等。數(shù)據(jù)采集箱獲取到的刮板輸送機運行數(shù)據(jù)均采用CAN總線方式傳輸至操控箱（型號CXJ127S），機頭位置的煤量檢測裝置信息通過以太網(wǎng)傳輸給控制箱?？刂葡渚C合分析監(jiān)測信號后，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運行，實現(xiàn)刮板輸送機智能控制。

2.2 刮板輸送機智能變頻控制功能

2.2.1 刮板輸送機運行速度智能調(diào)整

在刮板輸送機機尾位置布置有煤量檢測裝置，該裝置采用激光掃描儀實時獲取煤量信息。操作箱以及激光掃描儀檢測信息并結(jié)合刮板輸送機運行速度對刮板機運輸煤量進行分析，智能調(diào)整運行速度[7]。

2.2.2 刮板鏈智能張緊

刮板輸送機在初期啟動時，操作箱按照控制邏輯向張緊裝置發(fā)出指令對刮板鏈進行預(yù)張緊，從而避免刮板機在重載時難以啟動問題；刮板輸送機停機運行時先停止變頻器向驅(qū)動電機供電，后張緊裝置停止運行，降低刮板鏈張緊程度。張緊裝置在正常運行期間會向控制箱發(fā)出刮板鏈運行狀態(tài)，如刮板鏈過于松弛或者張緊力過大等參數(shù)。

2.2.3 刮板輸送機驅(qū)動電機運行狀態(tài)監(jiān)控

溫度、振動等是表征驅(qū)動電機運行是否正常的關(guān)鍵參數(shù)。在刮板輸送機兩端各布置有一數(shù)據(jù)采集箱，該數(shù)據(jù)采集箱內(nèi)嵌有溫度監(jiān)測模塊。通過預(yù)先布置在減速器、驅(qū)動電機上的溫度傳感器（型號PT100）對啟動電機、減速器等設(shè)備運行狀況進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果傳輸給控制箱?？刂葡湟罁?jù)監(jiān)測結(jié)果控制驅(qū)動電機、減速器等設(shè)備運行，當監(jiān)測到運行穩(wěn)定異常時，控制箱則向變頻器發(fā)出停機指令，停止向驅(qū)動電機供電。

在驅(qū)動電機基座附近安裝的振動傳感器可實現(xiàn)對驅(qū)動電機運行時是否出現(xiàn)異常振動進行監(jiān)測。當監(jiān)測到驅(qū)動電機有異常振動時則刮板輸送機運行，從而避免驅(qū)動電機故障擴大化。

3 刮板輸送機智能控制系統(tǒng)調(diào)速方案確定

刮板輸送機正常運行時涉及到的設(shè)備主要有采煤機、轉(zhuǎn)載機等，因此可根據(jù)采煤機、轉(zhuǎn)載機運行情況智能對刮板輸送機運行速度進行調(diào)整。將采煤機運行速度、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A；根據(jù)刮板輸送機煤量檢測結(jié)果、轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)矩等參數(shù)按照一定比重賦值，形成綜合指標B。

在51102綜采工作面試運行期間，為了實現(xiàn)采面綜采設(shè)備高效運行，具體采用下述調(diào)速方案：在刮板輸送機調(diào)速運行時，在對A、B指標綜合分析后，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機等轉(zhuǎn)速。當轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)速高于刮板輸送機且運輸量可滿足要求時，則保持轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機運行速度不變；當轉(zhuǎn)載運行速度低于刮板輸送機時則適當提升轉(zhuǎn)載機運行速度，從而滿足后續(xù)煤炭運輸需要。

4 刮板輸送機智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

在51102綜采工作面采用智能控制系統(tǒng)對刮板輸送機運行進行控制后，不僅可實現(xiàn)刮板輸送機運行的智能監(jiān)控及智能控制，而且可降低刮板輸送機能耗。具體智能控制系統(tǒng)應(yīng)用前后刮板輸送機能耗監(jiān)測結(jié)果見表1。

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

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