礦井刮板輸送機智能化速度控制系統的設計

李小文

（晉能控股煤業集團麻家梁煤業有限責任公司，山西 朔州 036000）

1 某礦井及其刮板輸送機概況

某煤礦煤層的深度在170～240 m的范圍內，煤層厚度在2.7～3.8 m的范圍內，平均厚度約3.2 m。經過前期勘測發現該煤層蘊含有大量的煤炭資源，目前以每年8 Mt的速度進行開采，開采工作面長度為260 m，推進長度約為1 500 m。工作面刮板輸送機型號為SGZ1000/2565，該型號輸送機正常工作時鏈條的運行速度為1.6 m/s，每小時可以運送煤礦物料3 000 t，同時由三臺電機驅動，每臺電機的功率大小為855 kW，電機減速器的減速比約為34∶1。

該礦沒有為SGZ1000/2565刮板輸送機配備智能化的變頻調速控制系統，在生產實踐中暴露出一些問題。一是啟動過程會產生比較大的電流，對礦井電網的穩定運行造成沖擊；二是設備啟動過程較快，使設備受到沖擊，容易引起設備故障；三是設備一旦啟動，無論輸送的煤礦物料有多少，都只能以恒定的速度運行，而當運輸的煤礦物料量較少時，設備運行效率就相對較低，造成嚴重的電力能源浪費。基于上述問題，該礦決定對SGZ1000/2565型刮板輸送機進行智能化技術改造。

2 刮板輸送機智能化速度控制系統整體方案設計

如圖1所示為刮板輸送機智能化速度控制系統整體方案設計框圖。從圖中可以看出，整個智能化速度控制系統由三大模塊構成，分別為檢測模塊、控制模塊和執行模塊。檢測模塊主要是通過速度傳感器和圖像識別系統對刮板輸送機運行時的鏈速以及實時輸送物料量進行檢測。控制模塊的核心為PLC控制器，完成從檢測模塊傳輸至控制器的數據信息的分析處理任務，獲得刮板輸送機的實時運行狀態。執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，變頻器受到PLC控制器控制，輸出頻率需要根據主變頻器輸出頻率得以調整，可保證三臺電機之間的功率平衡，提升刮板輸送機運行的穩定性。

圖1 智能化刮板輸送機速度控制系統整體方案設計框圖

在刮板輸送機運行時，智能化速度控制系統對其運行速度和煤礦物料運輸量進行檢測，檢測結果由PLC控制器進行分析對比，如果兩者之間不匹配，則會對刮板輸送機的運行速度進行自動控制。若煤礦物料運輸量較多則需要提升速度，若煤礦物料運輸量較少則需要降低速度[1-2]，如此調整直到兩者相互匹配為止。整個速度調整過程全部由控制系統自動完成，無特殊情況無需人為干預，真正實現智能化控制[3]。

3 智能化速度控制系統的硬件設施介紹

3.1 圖像識別系統

圖像識別系統中最重要的硬件設施為高清攝像頭，本系統中使用的攝像頭型號為DH-EPCMW200UF，該型號攝像頭為煤礦環境專用，具有很好的防爆性能。考慮到礦井環境復雜，內部光線不好，在攝像頭附近配設LED照射光源，以配合攝像頭提取刮板輸送機圖像。獲取的刮板輸送機圖像信息被輸入到圖像識別系統得到處理，處理結果被輸入控制系統的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中的重要執行部件，具體型號為BPJV-1250/3.3，該型號變頻器具有防爆性能，能夠適應礦井復雜環境。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PLC控制器下達的指令予以實時調整，調整范圍為20～100Hz。根據電機基本工作原理，其運行速度與電壓頻率之間存在緊密關系，因此通過對電機輸入電壓頻率的調整，可以實現對電機速度的控制，最終達到對刮板輸送機運行速度進行調整的目的。

PLC控制器是智能化速度控制系統的關鍵和核心，系統最終選用的PLC控制機型號為S7-300，該控制器由西門子公司研制生產，已經得到了實踐檢驗，運行過程非常穩定。S7-300型PLC控制器具有強大的運行計算能力，完全能夠滿足本系統的數據處理性能要求。

4 智能化刮板輸送機速度控制系統的應用

通過該礦連續4個月的實踐測試，對刮板輸送機運行過程中產生的電能消耗數據進行了統計分析，結果如表1所示。由表中數據可知，在連續4個月的實踐測試中，每個月開采的煤礦量平均為308218 t，而每個月使用的電量平均為490 764 kW·h，平均每個月消耗的電能為1.59 kW·h/t。在沒有使用智能化速度控制系統前，刮板輸送機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，刮板輸送機的輸送速度可以根據煤礦物料運輸量得到實時調整，使每運輸1 t煤礦物料消耗的電能下降了11.2%，節能效果顯著。

表1 智能化刮板輸送機速度控制系統應用數據統計

5 結論

1）智能化速度控制系統可以根據煤礦物料運輸量對刮板輸送機運行速度進行智能化控制，達到了節省電力能源的目的；

2）智能化速度控制系統可利用圖像識別系統對刮板輸送機煤礦運輸量進行智能化識別；

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