MG700型刮板輸送機負載調速技術研究

程志原

（太原煤氣化爐峪口煤礦，山西 太原 030402）

引言

為了提高刮板輸送機的運行效率，可建立一套基于載荷信息的控制系統，實時調整輸送機的轉速。調速系統的設計目的是為了實現在不需要人工操作的情況下對刮板輸送機運行速度進行調節，當運輸負載較小時刮板輸送機可以減速運行，在沒有負載的情況下還可進行待機，由此不僅可以極大地降低刮板輸送機的能耗，而且可以最終實現自動化、無人化的操作[1]。

1 綜采面的協同工作過程

在井下煤炭開采中，刮板輸送機、采煤機、液壓支架三者之間協同配合，如圖1 所示。采煤機主要負責對煤巖進行截割、破碎，在工作面內可對一定空間范圍內的煤炭進行截割；刮板輸送機主要負責將采煤機截割、破碎的煤炭源源不斷地往外輸送，需要不斷地根據煤炭的運載量進行調節其輸送速度；液壓支架主要負責對工作面的支撐，確保作業設備與人員的安全。

圖1 綜采面協同作業示意圖

為了保障井下作業人員的安全，在刮板輸送機與采煤機之間設置有互鎖功能，確保兩種設備可以同時開啟與關閉，防止刮板輸送機停機時，采煤機仍在工作，只有在兩者相互協調配合才能確保煤礦開采的順利進行，保障人員與設備的安全[2]。

2 調速系統總體結構的設計

刮板輸送機調速控制系統是一個復雜、高度偶合的系統，其結構如圖2 所示。

圖2 采煤機調速控制系統硬件構架

根據系統的硬件結構設計，可以分為三層：首先是數據采集層，即在設備上布置信號傳感器，獲取相關參數信息，數據采集層主要包括各類傳感器、編碼器、電流互感器等；其次是通信層，主要實現將所采集的井下信號通過信號傳輸設備輸送至地面控制中心，基于工業互聯網及無線網絡技術實現；最后是數據處理層，結合可編程控制器以及上位計算機對傳感器所采集的數據進行分析判斷[3]。

3 控制系統硬件的設計

3.1 傳感器的選型

要實現控制系統能夠根據刮板輸送機載荷進行速度的自動調節與控制，就必須對刮板輸送機、采煤機等設備的工況參數進行監測與分析。傳感器可以將溫度、速度等物理信號轉化為電信號，電信號則可以得到快速的傳遞，從而實現對輸送機的實時控制。根據系統性能需求選擇傳感器型號，要求設備應適用于井下工作環境，具有較好的可靠性。圖3 所示即為本系統中所選取的溫度傳感器、電流互感器、軸編碼器的實物圖。

圖3 部分硬件選型實物圖

溫度傳感器是一種GWP200的礦用本安型拆插入式溫度傳感器，被安裝在刮板輸送機機頭和機尾處，用來測量電動機軸承溫度。電流互感器是型號為LMZ-1的礦用電流互感器，被安裝在組合開關中，用來獲取刮板輸送機的電流數據。軸編碼器是型號為VBW28的礦用軸式編碼器，被安裝于刮板輸送器的電機傳動軸上，獲取電動機的轉速等信息[4]。

3.2 以太網平臺的設計

綜采面工況復雜環境比較惡劣，常導致有線通信設備發生故障，因此結合有線網絡與無線網絡相結合的方式。無線Mesh 技術是下一代無線網絡的關鍵技術，具有兼容性強、抗干擾能力好等優點。配備KJHT500型礦用無線交換機，該交換機最大可提供200～2 000 Mbps的快速傳遞能力。

工業互聯網是實現多系統聯動的基礎，通過搭建網絡通信平臺實現刮板輸送機PLC、采煤機主控制PLC、控制系統的PLC 之間信息的交互傳遞，如圖4 所示[5]。

圖4 基于刮板輸送機負載調速系統通信結構示意圖

4 載荷識別系統的設計

利用BP 神經網絡對數據進行篩選分類，BP 神經網絡的識別系統的構建過程可以被簡單概況為如下三步[6]：

1）分析數據的采樣、收集與整理。由于算法本身基于離散的數據進行分析，因此需要對樣本數據進行取樣。

2）對分析樣本進行集約化處理。在減小樣本容量的同時可提高算法的識別度，即構建識別參數的決策表。

3）根據整理得到的決策表，再提起隱藏于其中的規律，并以此作為BP 神經網絡的輸入。這一步對神經網絡的訓練尤為重要，對后期神經網絡的預測判斷具有重要影響。

4）構建起基于神經網絡算法的模式識別系統，其結構如圖5 所示。

圖5 載荷識別系統結構

5 調速系統功能的實現

對系統硬件、軟件進行了不斷調試，最終實現了基于負載的刮板輸送機的調速與控制。在軟件系統的主界面，顯示了刮板輸送機的運行狀態參數，如轉速、載荷、溫度等。采用神經網絡建立的預測模型和調速模型，對刮板輸送機的歷史數據進行分析，歸類總結出刮板運行的特點，以及轉速的控制，從而實現了對刮板轉速的實時調控。