李小文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000）

1 某礦井及其刮板輸送機(jī)概況

某煤礦煤層的深度在170～240 m的范圍內(nèi)，煤層厚度在2.7～3.8 m的范圍內(nèi)，平均厚度約3.2 m。經(jīng)過前期勘測發(fā)現(xiàn)該煤層蘊(yùn)含有大量的煤炭資源，目前以每年8 Mt的速度進(jìn)行開采，開采工作面長度為260 m，推進(jìn)長度約為1 500 m。工作面刮板輸送機(jī)型號為SGZ1000/2565，該型號輸送機(jī)正常工作時(shí)鏈條的運(yùn)行速度為1.6 m/s，每小時(shí)可以運(yùn)送煤礦物料3 000 t，同時(shí)由三臺電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺電機(jī)的功率大小為855 kW，電機(jī)減速器的減速比約為34∶1。

該礦沒有為SGZ1000/2565刮板輸送機(jī)配備智能化的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中暴露出一些問題。一是啟動(dòng)過程會(huì)產(chǎn)生比較大的電流，對礦井電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊；二是設(shè)備啟動(dòng)過程較快，使設(shè)備受到?jīng)_擊，容易引起設(shè)備故障；三是設(shè)備一旦啟動(dòng)，無論輸送的煤礦物料有多少，都只能以恒定的速度運(yùn)行，而當(dāng)運(yùn)輸?shù)拿旱V物料量較少時(shí)，設(shè)備運(yùn)行效率就相對較低，造成嚴(yán)重的電力能源浪費(fèi)?；谏鲜鰡栴}，該礦決定對SGZ1000/2565型刮板輸送機(jī)進(jìn)行智能化技術(shù)改造。

2 刮板輸送機(jī)智能化速度控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

如圖1所示為刮板輸送機(jī)智能化速度控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)框圖。從圖中可以看出，整個(gè)智能化速度控制系統(tǒng)由三大模塊構(gòu)成，分別為檢測模塊、控制模塊和執(zhí)行模塊。檢測模塊主要是通過速度傳感器和圖像識別系統(tǒng)對刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的鏈速以及實(shí)時(shí)輸送物料量進(jìn)行檢測?？刂颇K的核心為PLC控制器，完成從檢測模塊傳輸至控制器的數(shù)據(jù)信息的分析處理任務(wù)，獲得刮板輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。執(zhí)行模塊主要包括三臺變頻器（一臺主變頻器、兩臺從變頻器）和三臺電機(jī)，變頻器受到PLC控制器控制，輸出頻率需要根據(jù)主變頻器輸出頻率得以調(diào)整，可保證三臺電機(jī)之間的功率平衡，提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

圖1 智能化刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)框圖

在刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，智能化速度控制系統(tǒng)對其運(yùn)行速度和煤礦物料運(yùn)輸量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果由PLC控制器進(jìn)行分析對比，如果兩者之間不匹配，則會(huì)對刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行自動(dòng)控制。若煤礦物料運(yùn)輸量較多則需要提升速度，若煤礦物料運(yùn)輸量較少則需要降低速度[1-2]，如此調(diào)整直到兩者相互匹配為止。整個(gè)速度調(diào)整過程全部由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，無特殊情況無需人為干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)智能化控制[3]。

3 智能化速度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施介紹

3.1 圖像識別系統(tǒng)

圖像識別系統(tǒng)中最重要的硬件設(shè)施為高清攝像頭，本系統(tǒng)中使用的攝像頭型號為DH-EPCMW200UF，該型號攝像頭為煤礦環(huán)境專用，具有很好的防爆性能。考慮到礦井環(huán)境復(fù)雜，內(nèi)部光線不好，在攝像頭附近配設(shè)LED照射光源，以配合攝像頭提取刮板輸送機(jī)圖像。獲取的刮板輸送機(jī)圖像信息被輸入到圖像識別系統(tǒng)得到處理，處理結(jié)果被輸入控制系統(tǒng)的PLC控制器中得以分析。

3.2 變頻器與控制器

變頻器是速度控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行部件，具體型號為BPJV-1250/3.3，該型號變頻器具有防爆性能，能夠適應(yīng)礦井復(fù)雜環(huán)境。變頻器正常的輸入電壓頻率為50 Hz，但其輸出電壓頻率可以根據(jù)PLC控制器下達(dá)的指令予以實(shí)時(shí)調(diào)整，調(diào)整范圍為20～100Hz。根據(jù)電機(jī)基本工作原理，其運(yùn)行速度與電壓頻率之間存在緊密關(guān)系，因此通過對電機(jī)輸入電壓頻率的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的控制，最終達(dá)到對刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整的目的。

PLC控制器是智能化速度控制系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，系統(tǒng)最終選用的PLC控制機(jī)型號為S7-300，該控制器由西門子公司研制生產(chǎn)，已經(jīng)得到了實(shí)踐檢驗(yàn)，運(yùn)行過程非常穩(wěn)定。S7-300型PLC控制器具有強(qiáng)大的運(yùn)行計(jì)算能力，完全能夠滿足本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能要求。

4 智能化刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)的應(yīng)用

通過該礦連續(xù)4個(gè)月的實(shí)踐測試，對刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電能消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。由表中數(shù)據(jù)可知，在連續(xù)4個(gè)月的實(shí)踐測試中，每個(gè)月開采的煤礦量平均為308218 t，而每個(gè)月使用的電量平均為490 764 kW·h，平均每個(gè)月消耗的電能為1.59 kW·h/t。在沒有使用智能化速度控制系統(tǒng)前，刮板輸送機(jī)每月消耗的電能約為1.79 kW·h/t。由此可見，通過使用智能化速度控制系統(tǒng)，刮板輸送機(jī)的輸送速度可以根據(jù)煤礦物料運(yùn)輸量得到實(shí)時(shí)調(diào)整，使每運(yùn)輸1 t煤礦物料消耗的電能下降了11.2%，節(jié)能效果顯著。

表1 智能化刮板輸送機(jī)速度控制系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

1）智能化速度控制系統(tǒng)可以根據(jù)煤礦物料運(yùn)輸量對刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行智能化控制，達(dá)到了節(jié)省電力能源的目的；

2）智能化速度控制系統(tǒng)可利用圖像識別系統(tǒng)對刮板輸送機(jī)煤礦運(yùn)輸量進(jìn)行智能化識別；

3）智能化速度控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使刮板輸送機(jī)噸煤電能消耗量降低了11.2%，故障率也顯著降低。