刮板運(yùn)輸機(jī)智能化控制系統(tǒng)探析

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摘要：以刮板運(yùn)輸機(jī)智能化控制系統(tǒng)為對(duì)象開展探究。結(jié)合具體工程實(shí)際，對(duì)智能變頻控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，并對(duì)變頻調(diào)速控制方案設(shè)計(jì)開展全面探究，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的開展提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：礦井；刮板運(yùn)輸機(jī)；智能控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中國(guó)煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中，刮板運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)多采用“減速裝置+液力耦合裝置+組合開關(guān)+電機(jī)”的方式，這種方式無法對(duì)作業(yè)時(shí)的采集裝置或電機(jī)運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，在使用中還存在啟動(dòng)速度過快的情況，容易引起鏈輪、鏈條等磨損加??；作業(yè)速度恒定，會(huì)造成不必要的電能浪費(fèi)；張緊方式為液壓張緊，這種方式會(huì)使得張緊力保持恒定，當(dāng)刮板停止運(yùn)行后會(huì)使得其仍保持張緊狀態(tài)，從而容易造成刮板鏈變形。

1工程概述

A礦井下2103綜采作業(yè)面主采煤層為2#煤層，該煤層埋深均值為300m，煤層厚度均值3.2m，作業(yè)面回采長(zhǎng)度1500m，傾向長(zhǎng)度250m。為提升作業(yè)面綜采設(shè)備響應(yīng)能力，設(shè)計(jì)運(yùn)用智能變頻控制手段控制刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行。該作業(yè)面所用刮板運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為SGZ1000/2565，作業(yè)運(yùn)輸量為3000t/h，配套電機(jī)功率為3×855kW。轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZZ1200/525，運(yùn)輸量為3500t/h，配套電機(jī)功率為525kW。變頻裝置電源為2500kV·A。圖1所示即為配電線路連接示意圖。

2智能變頻控制系統(tǒng)分析

2.1驅(qū)動(dòng)裝置硬件結(jié)構(gòu)分析

刮板運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的構(gòu)成主要分為監(jiān)控系統(tǒng)和變頻控制系統(tǒng)兩部分，圖2所示即為其結(jié)構(gòu)示意圖。作業(yè)時(shí)，刮板運(yùn)輸機(jī)使用型號(hào)為BPJV-3×1250/3.3的變頻裝置進(jìn)行動(dòng)力供給，所用變頻裝置具備兩條相互獨(dú)立的供電回路，任一回路均可帶動(dòng)1250kW以下的電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，這使得刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾電機(jī)既能聯(lián)合運(yùn)行也能獨(dú)立運(yùn)行，因此其控制可采用主-從方式，以有效確保不同電機(jī)運(yùn)行的功率均衡。變頻裝置內(nèi)部信息的傳輸選用CAN總線方式，以實(shí)現(xiàn)供電回路輸出的自動(dòng)調(diào)整[1]。監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成組件主要包括地面服務(wù)器、操作箱（型號(hào)CXJ127S）、數(shù)據(jù)采集箱、煤量檢測(cè)裝置、張緊及振動(dòng)感應(yīng)裝置。其中，操作箱是整個(gè)井下監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過CAN總線方式與張緊控制器和數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)還可借助礦井工業(yè)以太網(wǎng)與煤量檢測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[2]。

2.2智能變頻控制優(yōu)勢(shì)分析

a)刮板鏈可隨運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行自動(dòng)張緊。智能變頻控制系統(tǒng)能夠在刮板運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)時(shí)，提前向張緊裝置發(fā)送控制指令，操縱刮板鏈預(yù)張緊并在完成張緊后及時(shí)啟動(dòng)刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行。刮板運(yùn)輸機(jī)停機(jī)時(shí)會(huì)先終止變頻裝置的電流輸出，隨后向張緊控制裝置發(fā)出操控指令，降低刮板鏈張緊程度。同時(shí)，作業(yè)期間張緊控制器會(huì)實(shí)時(shí)向操作箱發(fā)出刮板鏈運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并通過液壓顯示屏顯示[3]。b)速度智能調(diào)控。配套的煤量檢測(cè)裝置能夠借助激光掃描裝置對(duì)運(yùn)輸?shù)拿毫啃畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，并借助工業(yè)以太網(wǎng)將相關(guān)信息傳遞至操作箱，運(yùn)用控制箱內(nèi)的PLC對(duì)煤量進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合采煤機(jī)位置信息、電機(jī)電流信息等，比照預(yù)先設(shè)定的邏輯控制程序，向變頻裝置發(fā)送指令，從而確保刮板運(yùn)輸裝置始終保持最佳狀態(tài)[4]。圖3所示即為智能調(diào)速作業(yè)原理圖。

2.3驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行監(jiān)控

刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處各布設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)箱，內(nèi)部配設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)模塊，能夠借助安裝于刮板運(yùn)輸機(jī)上的溫度傳感裝置，實(shí)時(shí)獲取電機(jī)及減速裝置運(yùn)行時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，并將獲得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為操作箱可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，以便及時(shí)掌控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)操作箱通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的整理可適時(shí)針對(duì)機(jī)頭或機(jī)尾驅(qū)動(dòng)裝置開展保護(hù)[5]。

2.4驅(qū)動(dòng)裝置故障監(jiān)控

在電機(jī)下方基座中布設(shè)有振動(dòng)感應(yīng)器，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)情況，并通過對(duì)監(jiān)測(cè)所得的電機(jī)振動(dòng)頻率、振幅等信息的整理，判定驅(qū)動(dòng)裝置是否存在異常情況。一旦監(jiān)測(cè)到存在異常情況，操作箱顯示屏?xí)⒓窗l(fā)出預(yù)警信息。

3變頻調(diào)速控制方案設(shè)計(jì)

3.1控制方案

在2103綜采作業(yè)面試采階段，為實(shí)現(xiàn)刮板運(yùn)輸機(jī)的高效運(yùn)行，提出以下3種操控方案，并借由對(duì)不同方案下刮板運(yùn)輸機(jī)作業(yè)效率及電能消耗的比對(duì)確定最優(yōu)方案。設(shè)計(jì)方案時(shí)設(shè)定了2個(gè)綜合分析指標(biāo)，A代表刮板運(yùn)輸機(jī)變頻調(diào)速指標(biāo)，屬于采煤機(jī)牽引速度、位置及設(shè)備運(yùn)行電流等參數(shù)的賦權(quán)值；B代表轉(zhuǎn)載機(jī)變頻調(diào)速指標(biāo)，綜合轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩、刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量等參數(shù)確定。不同優(yōu)化方案如下：a)方案一。整合分析A和B兩個(gè)指標(biāo)后，結(jié)合指標(biāo)變化情況對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的變頻調(diào)速控制。b)方案二。先對(duì)A指標(biāo)進(jìn)行分析判定后，結(jié)合指標(biāo)變化情況對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。而轉(zhuǎn)載機(jī)始終保持高速持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。c)方案三。綜合分析A和B兩個(gè)指標(biāo)后，結(jié)合評(píng)判結(jié)果對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。同時(shí)，對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)作業(yè)速度進(jìn)行比對(duì)分析，一旦轉(zhuǎn)載機(jī)作業(yè)速度低于刮板運(yùn)輸機(jī)，則將轉(zhuǎn)載機(jī)速度調(diào)節(jié)至刮板運(yùn)輸機(jī)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)速度高于刮板運(yùn)輸機(jī)速度時(shí)，則保持速度不變[6]。

3.2方案分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)3種方案的應(yīng)用做出比對(duì)分析，采用方案一時(shí)由于分別對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)載機(jī)作業(yè)存在調(diào)速滯后現(xiàn)象，無法及時(shí)與刮板運(yùn)輸機(jī)同步調(diào)速，容易造成轉(zhuǎn)載機(jī)積煤過多；采用方案二時(shí)由于轉(zhuǎn)載機(jī)處于高速運(yùn)行狀態(tài)，雖能夠避免轉(zhuǎn)載機(jī)出現(xiàn)煤量過多的現(xiàn)象，但無法結(jié)合轉(zhuǎn)載機(jī)負(fù)載變化進(jìn)行設(shè)備調(diào)節(jié)；采用方案三則既能有效解決轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)速滯后現(xiàn)象，又能在確保轉(zhuǎn)載機(jī)速度和刮板運(yùn)輸機(jī)速度相匹配的同時(shí)確保轉(zhuǎn)載機(jī)始終保持最大負(fù)載運(yùn)行，從而確保能耗的最小化。

4結(jié)語(yǔ)

刮板運(yùn)輸機(jī)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)高效開展的關(guān)鍵性設(shè)備，確保其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)提升礦井生產(chǎn)綜合效益有著不可替代的積極作用。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問題，探索刮板運(yùn)輸機(jī)智能控制系統(tǒng)，從而為礦井生產(chǎn)的全面高質(zhì)量發(fā)展提供幫助。

作者:郭哲 單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦綜采一隊(duì)