刮板运输机智能化控制系统探析

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摘要：以刮板运输机智能化控制系统为对象开展探究。结合具体工程实际，对智能变频控制系统硬件结构和优势进行分析，并对变频调速控制方案设计开展全面探究，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴和参考。

关键词：矿井；刮板运输机；智能控制；系统设计

中国煤矿井下生产作业中，刮板运输机驱动多采用“减速装置+液力耦合装置+组合开关+电机”的方式，这种方式无法对作业时的采集装置或电机运行温度进行监测。此外，在使用中还存在启动速度过快的情况，容易引起链轮、链条等磨损加剧；作业速度恒定，会造成不必要的电能浪费；张紧方式为液压张紧，这种方式会使得张紧力保持恒定，当刮板停止运行后会使得其仍保持张紧状态，从而容易造成刮板链变形。

1工程概述

A矿井下2103综采作业面主采煤层为2#煤层，该煤层埋深均值为300m，煤层厚度均值3.2m，作业面回采长度1500m，倾向长度250m。为提升作业面综采设备响应能力，设计运用智能变频控制手段控制刮板运输机运行。该作业面所用刮板运输机型号为SGZ1000/2565，作业运输量为3000t/h，配套电机功率为3×855kW。转载机型号为SZZ1200/525，运输量为3500t/h，配套电机功率为525kW。变频装置电源为2500kV·A。图1所示即为配电线路连接示意图。

2智能变频控制系统分析

2.1驱动装置硬件结构分析

刮板运输机驱动装置的构成主要分为监控系统和变频控制系统两部分，图2所示即为其结构示意图。作业时，刮板运输机使用型号为BPJV-3×1250/3.3的变频装置进行动力供给，所用变频装置具备两条相互独立的供电回路，任一回路均可带动1250kW以下的电机独立运行，这使得刮板运输机机头和机尾电机既能联合运行也能独立运行，因此其控制可采用主-从方式，以有效确保不同电机运行的功率均衡。变频装置内部信息的传输选用CAN总线方式，以实现供电回路输出的自动调整[1]。监控系统的构成组件主要包括地面服务器、操作箱（型号CXJ127S）、数据采集箱、煤量检测装置、张紧及振动感应装置。其中，操作箱是整个井下监控系统的上位机，通过CAN总线方式与张紧控制器和数据采集器进行数据交换，同时还可借助矿井工业以太网与煤量检测装置进行数据交换[2]。

2.2智能变频控制优势分析

a)刮板链可随运输机运行自动张紧。智能变频控制系统能够在刮板运输机启动时，提前向张紧装置发送控制指令，操纵刮板链预张紧并在完成张紧后及时启动刮板运输机运行。刮板运输机停机时会先终止变频装置的电流输出，随后向张紧控制装置发出操控指令，降低刮板链张紧程度。同时，作业期间张紧控制器会实时向操作箱发出刮板链运行状态数据并通过液压显示屏显示[3]。b)速度智能调控。配套的煤量检测装置能够借助激光扫描装置对运输的煤量信息进行实时获取，并借助工业以太网将相关信息传递至操作箱，运用控制箱内的PLC对煤量进行分析，同时结合采煤机位置信息、电机电流信息等，比照预先设定的逻辑控制程序，向变频装置发送指令，从而确保刮板运输装置始终保持最佳状态[4]。图3所示即为智能调速作业原理图。

2.3驱动装置运行监控

刮板运输机机头和机尾处各布设有一个数据箱，内部配设有温度监测模块，能够借助安装于刮板运输机上的温度传感装置，实时获取电机及减速装置运行时的温度数据，并将获得的模拟信号转化为操作箱可识别的数字信号，以便及时掌控监测数据。同时操作箱通过对相关数据的整理可适时针对机头或机尾驱动装置开展保护[5]。

2.4驱动装置故障监控

在电机下方基座中布设有振动感应器，以便于实时监测电机振动情况，并通过对监测所得的电机振动频率、振幅等信息的整理，判定驱动装置是否存在异常情况。一旦监测到存在异常情况，操作箱显示屏会立即发出预警信息。

3变频调速控制方案设计

3.1控制方案

在2103综采作业面试采阶段，为实现刮板运输机的高效运行，提出以下3种操控方案，并借由对不同方案下刮板运输机作业效率及电能消耗的比对确定最优方案。设计方案时设定了2个综合分析指标，A代表刮板运输机变频调速指标，属于采煤机牵引速度、位置及设备运行电流等参数的赋权值；B代表转载机变频调速指标，综合转载机转矩、刮板运输机运输量等参数确定。不同优化方案如下：a)方案一。整合分析A和B两个指标后，结合指标变化情况对刮板运输机、转载机进行单独的变频调速控制。b)方案二。先对A指标进行分析判定后，结合指标变化情况对刮板运输机运行进行变频调节。而转载机始终保持高速持续运行状态。c)方案三。综合分析A和B两个指标后，结合评判结果对刮板运输机及转载机运行速度进行动态调节。同时，对刮板运输机和转载机作业速度进行比对分析，一旦转载机作业速度低于刮板运输机，则将转载机速度调节至刮板运输机速度。当转载机速度高于刮板运输机速度时，则保持速度不变[6]。

3.2方案分析

结合现场实测，对3种方案的应用做出比对分析，采用方案一时由于分别对转载机和刮板运输机进行速度调节，转载机作业存在调速滞后现象，无法及时与刮板运输机同步调速，容易造成转载机积煤过多；采用方案二时由于转载机处于高速运行状态，虽能够避免转载机出现煤量过多的现象，但无法结合转载机负载变化进行设备调节；采用方案三则既能有效解决转载机调速滞后现象，又能在确保转载机速度和刮板运输机速度相匹配的同时确保转载机始终保持最大负载运行，从而确保能耗的最小化。

4结语

刮板运输机作为矿井生产作业持续高效开展的关键性设备，确保其运行质量对提升矿井生产综合效益有着不可替代的积极作用。矿井管理者必须高度重视相关问题，探索刮板运输机智能控制系统，从而为矿井生产的全面高质量发展提供帮助。

作者:郭哲 单位:晋能控股煤业集团煤峪口矿综采一队