刮板輸送機(jī)智能變頻控制技術(shù)研究

劉 超

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采掘機(jī)電設(shè)備應(yīng)用推廣，現(xiàn)階段我國井工開采煤礦綜合機(jī)械化水平可達(dá)到80%以上，且礦井逐漸朝著智能化方向發(fā)展[1]。智能化綜采工作面應(yīng)用可顯著減少作業(yè)人員數(shù)量并提升煤炭開采效率及安全保障能力，但是現(xiàn)階段礦井智能化建設(shè)仍處于初級階段，智能化開采技術(shù)及智能化開采設(shè)備等問題需要重點(diǎn)攻關(guān)解決[2-3]。隨著礦井智能化開采技術(shù)應(yīng)用推廣，變頻控制技術(shù)在井下水泵、風(fēng)機(jī)等負(fù)載上應(yīng)用較為廣泛。轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)等是綜采工作面常用設(shè)備類型，若將刮板輸送機(jī)進(jìn)行變頻控制可顯著降低設(shè)備啟動及重載階段對電網(wǎng)的沖擊，減少刮板輸送機(jī)鏈條、鏈輪等磨耗，對提升刮板輸送機(jī)整體運(yùn)行可靠性具有一定促進(jìn)意義[4-7]。本文以山西某礦11305 綜采工作面回采為工程背景，對刮板輸送機(jī)智能控制技術(shù)展開研究，并提出綜合采煤機(jī)推進(jìn)速度、位置及電流等參數(shù)調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行，以便提升刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率并降低設(shè)備能耗。

1 工程概況

11305 綜采工作面為礦井首個智能化開采工作面，采面開采11 號煤層，厚度平均3.21 m，煤層埋藏深度350 m。采面設(shè)計走向推進(jìn)1 145 m，傾向長260 m。為了提升刮板輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)響應(yīng)速度及運(yùn)行可靠性，根據(jù)采面采煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備配備情況，煤層賦存地質(zhì)條件及井下煤炭運(yùn)輸需要，采面刮板輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)采用SGZ1000/2526 刮板輸送機(jī)、SZZ1200/525 轉(zhuǎn)載機(jī)。具體采面使用的刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)參數(shù)

刮板輸送機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備采用井下移動變電站供電， 采用的移動變電站型號為KBZSGZY-3150/10/2*1.905YZ，移動變電站高壓為10 kV，低壓側(cè)為1 路380 V、2 路1.905 kV；刮板輸送機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)使高壓組合變頻器控制，具體設(shè)備型號為BPJV-3*1250/3.3、BPJV-2*1250/3.3。使用的高壓變頻器可同時驅(qū)動3 臺高功率電動機(jī)運(yùn)行，并實現(xiàn)電動機(jī)間功率平衡；控制箱采用KXJ127（A）型，控制箱內(nèi)置PLC 控制器，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備變頻驅(qū)動控制，并可對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。具體采面刮板輸送機(jī)供電系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 采面刮板輸送機(jī)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 刮板輸送機(jī)智能變頻控制硬件結(jié)構(gòu)

刮板輸送機(jī)智能變頻控制硬件結(jié)構(gòu)有高壓變頻器組合、PLC 控制箱、煤量掃描儀、顯示系統(tǒng)等。智能變頻控制系統(tǒng)使用PLC 控制箱對使用的兩臺變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，PLC 控制箱可顯示刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度、驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流等參數(shù)，同時具備低速、高速、定速、智能調(diào)速、遠(yuǎn)程、本地控制等功能。通過井下已經(jīng)有的工業(yè)以太網(wǎng)，可將控制箱監(jiān)測信息及控制信息等實時傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制。具體刮板輸送機(jī)智能變頻控制結(jié)構(gòu)原理如下頁圖2 所示。

圖2 刮板輸送機(jī)智能變頻控制結(jié)構(gòu)原理

PLC 控制箱選擇使用型號S7-300CPU315-2DP/PN功能模塊，可接受采煤機(jī)、變頻器等運(yùn)行參數(shù)，依據(jù)采煤機(jī)電流、采煤機(jī)位置、刮板輸送機(jī)負(fù)載及電流等參數(shù)，并對參數(shù)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算，最終計算得出刮板輸送機(jī)最佳運(yùn)行速度?？刂葡渖衔粰C(jī)軟件為動態(tài)王6.60，可實現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)記錄、顯示及存儲。

刮板輸送機(jī)調(diào)速采用兩臺高壓組合變頻器組合對刮板輸送機(jī)電動機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，通過高壓變頻器可實現(xiàn)刮板輸送機(jī)軟啟動、機(jī)頭及機(jī)尾電動機(jī)功率平衡等功能。

3 刮板輸送機(jī)智能調(diào)速運(yùn)行控制

3.1 刮板輸送機(jī)智能調(diào)速控制指標(biāo)

1）依據(jù)采煤機(jī)等運(yùn)行參數(shù)調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行。刮板輸送機(jī)智能變頻控制依據(jù)采煤機(jī)位置、采煤機(jī)電流、刮板輸送機(jī)電流等參數(shù)進(jìn)行，具體確定的綜合評價指標(biāo)A 可通過式（1）確定：

2）依據(jù)轉(zhuǎn)載機(jī)調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度。通過刮板輸送機(jī)上布置的煤量掃描裝置檢測結(jié)果及轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)調(diào)整刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度，具體評價指標(biāo)B 可由式（2）確定：

3.2 刮板輸送機(jī)智能調(diào)速方案確定

3.2.1 智能調(diào)速方案設(shè)計

為提高刮板輸送機(jī)運(yùn)行效率并實現(xiàn)智能化控制，具體設(shè)計如下三種智能調(diào)速方案：

方案1：綜合分析A、B 指標(biāo)并依據(jù)指標(biāo)變化智能調(diào)整刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度。

方案2：單獨(dú)分析A 指標(biāo)，并依據(jù)A 指標(biāo)變化智能調(diào)速刮板輸送機(jī)運(yùn)行；轉(zhuǎn)載機(jī)則處于額定運(yùn)行狀態(tài)。

方案3：綜合分析A、B 指標(biāo)，并對比刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度，根據(jù)煤量運(yùn)輸量變化、運(yùn)行速度變化對設(shè)備運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，確保轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度適中并大于刮板輸送機(jī)。

3.2.2 優(yōu)選分析

對設(shè)計的變頻調(diào)速方案進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，具體對比結(jié)果見表2。從表2 中看出，采用方案1 時常出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)堵塞問題；采用方案2 時，則出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)能耗過大問題；采用方案3 時，轉(zhuǎn)載機(jī)即可滿足刮板輸送機(jī)系統(tǒng)煤炭運(yùn)輸需要，而且刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等能耗最低，現(xiàn)場應(yīng)用效果最為顯著。通過綜合分析，確定選擇方案3 作為刮板輸送機(jī)智能變頻調(diào)速方案。

表2 不同調(diào)速方案應(yīng)用效果

4 結(jié)語

刮板輸送機(jī)是井下綜采工作面煤炭運(yùn)輸設(shè)備，實現(xiàn)刮板輸送機(jī)智能變頻控制對提升采面綜合智能化開采水平具有顯著的促進(jìn)意義。為此，本文綜合采煤機(jī)回采速度、采煤機(jī)位置、采煤機(jī)電流、刮板輸送機(jī)電流及轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行速度等參數(shù)對刮板輸送機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。

本文提出的刮板輸送機(jī)智能變頻控制方案不僅可滿足采面煤炭運(yùn)輸需要，而且綜合能耗較低，智能化程度較高。