智能變頻控制系統在刮板輸送機上的應用探析

張 斌

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

引言

當前，我國使用的刮板輸送機驅動形式主要有兩種形式：減速器、組合開關、雙速電機；減速器、液力耦合器、組合開關、電動機。以上這兩種驅動形式并不能采集減速器以及啟動電機的溫度信息。并且在使用的過程中往往存在：當啟動雙速電機時出現速度過快現象，導致刮板輸送機中部位置的槽以及鏈輪產生較大的磨損。由于在傳統刮板輸送機工作速度設定不變，進而造成不必要的能源損耗。當刮板輸送機張緊形式選用液壓，其可以有效地保證刮板輸送機處于恒定的張緊狀態，當刮板輸送機處于停止狀態時，刮板輸送機張緊狀態并未發生變化，最終將導致刮板鏈出現變形。通常并不在傳統的刮板輸送機上按照油壓以及溫度等相關傳感器，從而并未能夠對驅動裝置起到監測的效果。

1 2103綜采工作面概況

山西某礦為2103綜采工作面開采2號煤層，經過勘探發現煤層平均深度為250 m、而相應的厚度為3.12 m，綜采工作面推進距離為1 450 m，切眼長度為260 m。為了優化綜采設備響應能力，從而可以借助智能化變頻設備對刮板輸送機進行控制。選用刮板輸送機對應的型號為SGZ1000/2565，通常鏈速為1.6 m/s，而電動機功率為525 kW。所采用的變頻器電源為2 500 kVA，圖1表示相應的配電線路連接圖[1]。

圖1 配電線路具體連接示意圖

2 智能變頻控制系統

2.1 驅動裝置硬件結構

通常刮板輸送機是由如下兩個單元組成：監控系統單元、變頻控制單元，圖2表示相應的結構。

圖2 智能變頻控制系統結構圖

一般變頻器能夠給刮板輸送機提供動力，上圖選用的型號為BPJV-3x1250/3.3，該變頻器選用獨立的兩個供電回路，回路電路可以給電動機提供1 250 kW以下的動力。從而能夠在刮板送機機頭、機尾位置設置單獨控制與聯合控制。通常可以將主電動機設置在機尾位置，這樣能夠有效地保證三臺電動機提供穩定的功率。通常在變頻器內部設置CAN總線進行信息交互，從而能夠有效地調整供電回路輸出。一般監控系統包含服務器操作箱、煤量檢測裝置、張緊裝置等[2]。

2.2 智能變頻的優點

2.2.1 刮板鏈輸送機運行自動張緊

假如刮板輸送機啟動時，輸出給張緊控制張緊信息，因此能夠控制刮板張緊狀態，當實現張緊控制后實現正常的啟動。當刮板輸送機停止運行時，那么首先使得變頻器失電，接著張緊控制裝置接收到相應的控制指令后，通過控制可以較好地降低刮板輸送機的張緊度。與此同時，張緊控制器經過采集信息將操作箱對應的刮板鏈運行參數進行反饋，最終相關工人員可以在操作箱液壓顯示屏上面觀察數據的變化情況。

2.2.2 智能調速

通常煤礦檢測裝置能夠借助激光掃描儀對煤量進行掃描，進而能夠得到煤量信息參數。假如得到數據后，那么將該信息輸送到操作箱，經過分析PLC控制單元能夠給變頻器傳輸控制指令，從而可以使得刮板輸送機處于最佳的狀態，如圖3所示。

圖3 智能調速控制原理圖

2.2.3 對驅動裝置運行監控

將數據箱設置在刮板輸送機機頭以及機尾位置，由于在數據箱內部設置有溫度檢測傳感器，進而能夠監測減速器、電動機等設備溫度的變化情況。在其內部可以將物理量信息轉化成為電信號，最終將信號傳輸給操作箱實現信號的傳輸檢測。

2.2.4 對驅動裝置故障實施監控

由于在機頭與機尾對應的電動機基座位置設置有振動傳感器，這樣便于對電機的振動情況進行實時監測，可以有效地電機振動頻率與振幅出現異常的情況，最終可以判定驅動裝置是否存在異常。假如發現異常振動時，那么將在操作箱顯示相應的報警信息。

3 確定變頻調速控制方案

3.1 對應的判定指標

3.1.1 刮板輸送機變頻調速評判指標

在控制刮板輸送機變頻調速時，依據對應的程序將處理過的數據傳輸給煤機牽引速度、刮板輸送機與采煤機電流進行賦權，最終可以確定刮板輸送機變頻調速指標A，其相應的表達公式如下：

式中：Am為最大指標；表示相應的采煤機牽引速度，m/min；A2表示相應的采煤機位置，m；A3表示相應的刮板輸送機電流，A；A4表示相應的采煤機電流，A；k1表示相應的采煤機牽引速度權重，取值0.39；k2表示相應的采煤機位置權重，取值0.26；k3表示相應的刮板輸送機電流監測值權重，取值0.22；k4表示相應的刮板輸送機電流監測值權重，取值0.13。

3.1.2 轉載機變調速評定指標

在轉載機變速評定指標時，需要依據轉載機轉矩與刮板送機在煤量掃描情況進而得到如下公式：

式中：Bm為最大指標；為轉載機轉矩，N·m；B2為刮板輸送機煤量掃描結果，kg/min；r1為轉載機轉矩權重，取值0.5；r2為刮板輸送機煤量掃描結果權重，取值0.5。

3.2 變頻控制方案的優選

3.2.1 變頻控制方案

為了更好地提高刮板輸送機的工作效率，在2103工作面應用智能變頻控制系統，同時提出了三種控制形式，經過對三種方式進行比較，得到不同控制方案對應刮板機工作過程中需要對電量以及效率，最終可以得到最佳的變頻控制形式。

方案1：在對A、B指標進行綜合分析，依據相應的指標以刮板輸送機、轉載機進行變頻調速控制。

方案2：在分析A指標后，通過得到的結果調整刮板輸送機的速度，同時轉載機可以在高速的狀態下實現可持續的運行。

方案3：對A、B指標分析，借助結果對刮板輸送機與轉載機的速度進行調整。在對比刮板輸送機以及轉載機速度發現，假如轉載機工作速度大于刮板輸送機時，那么將會依據原來的速度保持運行。反之，轉載機的速度將按照刮板輸送機運行。

3.2.2 優選分析

經過實踐發現，假如使用方案1進行控制，分別使用轉載機與刮板機進行調試控制時，當使用轉載機進行調整時出現一定滯后問題，可是不能隨著刮板輸送機實現調速，將導致轉載機煤量出現堵塞的問題，嚴重降低了轉載機的運輸效率。

當選用方案2控制時，轉載機能夠處于高速運行狀態，從而對第一種形式進行優化，可是經過實踐發現轉載機不能隨著負載的變化而對設備間進行調整的現象。

當選用方案3控制時，不僅能夠有效地克服轉載機調速滯后問題，而且能夠使得轉載機與刮板輸送機的速度時刻保持最佳的匹配狀態。表1表示不同方案下的電能消耗情況。

表1 三種方案下的電能消耗情況表

通過分析表1可以發現，經過對方案1、方案2對比可以看出其在煤電能消耗方面非常接近，由此可以看出具有一定的節能效果。在對案例3進行分析可以看出，煤電量方面的消耗出現一定幅度的減少。

經過對不同方案進行分析發現，方案3能夠有效地解決調速滯后現象，同時可以滿足運煤需要，該方面變頻調速方案最為理想。

4 結語

在充分利用采煤機相關參數的情況下該智能變頻控制系統可實現對刮板輸送機速度的動態調整，從而能夠有效地避免出現空載時造成過多的電量消耗，最終能夠降低刮板鏈與中部槽設備的磨損問題。同時，經過對不同變頻控制方案進行分析發現，借助刮板輸送機、轉載機變頻聯動可以有效地避免出現轉載機調速滯后問題。