智能变频控制系统在刮板输送机上的应用探析

张 斌

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041600）

引言

当前，我国使用的刮板输送机驱动形式主要有两种形式：减速器、组合开关、双速电机；减速器、液力耦合器、组合开关、电动机。以上这两种驱动形式并不能采集减速器以及启动电机的温度信息。并且在使用的过程中往往存在：当启动双速电机时出现速度过快现象，导致刮板输送机中部位置的槽以及链轮产生较大的磨损。由于在传统刮板输送机工作速度设定不变，进而造成不必要的能源损耗。当刮板输送机张紧形式选用液压，其可以有效地保证刮板输送机处于恒定的张紧状态，当刮板输送机处于停止状态时，刮板输送机张紧状态并未发生变化，最终将导致刮板链出现变形。通常并不在传统的刮板输送机上按照油压以及温度等相关传感器，从而并未能够对驱动装置起到监测的效果。

1 2103综采工作面概况

山西某矿为2103综采工作面开采2号煤层，经过勘探发现煤层平均深度为250 m、而相应的厚度为3.12 m，综采工作面推进距离为1 450 m，切眼长度为260 m。为了优化综采设备响应能力，从而可以借助智能化变频设备对刮板输送机进行控制。选用刮板输送机对应的型号为SGZ1000/2565，通常链速为1.6 m/s，而电动机功率为525 kW。所采用的变频器电源为2 500 kVA，图1表示相应的配电线路连接图[1]。

图1 配电线路具体连接示意图

2 智能变频控制系统

2.1 驱动装置硬件结构

通常刮板输送机是由如下两个单元组成：监控系统单元、变频控制单元，图2表示相应的结构。

图2 智能变频控制系统结构图

一般变频器能够给刮板输送机提供动力，上图选用的型号为BPJV-3x1250/3.3，该变频器选用独立的两个供电回路，回路电路可以给电动机提供1 250 kW以下的动力。从而能够在刮板送机机头、机尾位置设置单独控制与联合控制。通常可以将主电动机设置在机尾位置，这样能够有效地保证三台电动机提供稳定的功率。通常在变频器内部设置CAN总线进行信息交互，从而能够有效地调整供电回路输出。一般监控系统包含服务器操作箱、煤量检测装置、张紧装置等[2]。

2.2 智能变频的优点

2.2.1 刮板链输送机运行自动张紧

假如刮板输送机启动时，输出给张紧控制张紧信息，因此能够控制刮板张紧状态，当实现张紧控制后实现正常的启动。当刮板输送机停止运行时，那么首先使得变频器失电，接着张紧控制装置接收到相应的控制指令后，通过控制可以较好地降低刮板输送机的张紧度。与此同时，张紧控制器经过采集信息将操作箱对应的刮板链运行参数进行反馈，最终相关工人员可以在操作箱液压显示屏上面观察数据的变化情况。

2.2.2 智能调速

通常煤矿检测装置能够借助激光扫描仪对煤量进行扫描，进而能够得到煤量信息参数。假如得到数据后，那么将该信息输送到操作箱，经过分析PLC控制单元能够给变频器传输控制指令，从而可以使得刮板输送机处于最佳的状态，如图3所示。

图3 智能调速控制原理图

2.2.3 对驱动装置运行监控

将数据箱设置在刮板输送机机头以及机尾位置，由于在数据箱内部设置有温度检测传感器，进而能够监测减速器、电动机等设备温度的变化情况。在其内部可以将物理量信息转化成为电信号，最终将信号传输给操作箱实现信号的传输检测。

2.2.4 对驱动装置故障实施监控

由于在机头与机尾对应的电动机基座位置设置有振动传感器，这样便于对电机的振动情况进行实时监测，可以有效地电机振动频率与振幅出现异常的情况，最终可以判定驱动装置是否存在异常。假如发现异常振动时，那么将在操作箱显示相应的报警信息。

3 确定变频调速控制方案

3.1 对应的判定指标

3.1.1 刮板输送机变频调速评判指标

在控制刮板输送机变频调速时，依据对应的程序将处理过的数据传输给煤机牵引速度、刮板输送机与采煤机电流进行赋权，最终可以确定刮板输送机变频调速指标A，其相应的表达公式如下：

式中：Am为最大指标；表示相应的采煤机牵引速度，m/min；A2表示相应的采煤机位置，m；A3表示相应的刮板输送机电流，A；A4表示相应的采煤机电流，A；k1表示相应的采煤机牵引速度权重，取值0.39；k2表示相应的采煤机位置权重，取值0.26；k3表示相应的刮板输送机电流监测值权重，取值0.22；k4表示相应的刮板输送机电流监测值权重，取值0.13。

3.1.2 转载机变调速评定指标

在转载机变速评定指标时，需要依据转载机转矩与刮板送机在煤量扫描情况进而得到如下公式：

式中：Bm为最大指标；为转载机转矩，N·m；B2为刮板输送机煤量扫描结果，kg/min；r1为转载机转矩权重，取值0.5；r2为刮板输送机煤量扫描结果权重，取值0.5。

3.2 变频控制方案的优选

3.2.1 变频控制方案

为了更好地提高刮板输送机的工作效率，在2103工作面应用智能变频控制系统，同时提出了三种控制形式，经过对三种方式进行比较，得到不同控制方案对应刮板机工作过程中需要对电量以及效率，最终可以得到最佳的变频控制形式。

方案1：在对A、B指标进行综合分析，依据相应的指标以刮板输送机、转载机进行变频调速控制。

方案2：在分析A指标后，通过得到的结果调整刮板输送机的速度，同时转载机可以在高速的状态下实现可持续的运行。

方案3：对A、B指标分析，借助结果对刮板输送机与转载机的速度进行调整。在对比刮板输送机以及转载机速度发现，假如转载机工作速度大于刮板输送机时，那么将会依据原来的速度保持运行。反之，转载机的速度将按照刮板输送机运行。

3.2.2 优选分析

经过实践发现，假如使用方案1进行控制，分别使用转载机与刮板机进行调试控制时，当使用转载机进行调整时出现一定滞后问题，可是不能随着刮板输送机实现调速，将导致转载机煤量出现堵塞的问题，严重降低了转载机的运输效率。

当选用方案2控制时，转载机能够处于高速运行状态，从而对第一种形式进行优化，可是经过实践发现转载机不能随着负载的变化而对设备间进行调整的现象。

当选用方案3控制时，不仅能够有效地克服转载机调速滞后问题，而且能够使得转载机与刮板输送机的速度时刻保持最佳的匹配状态。表1表示不同方案下的电能消耗情况。

表1 三种方案下的电能消耗情况表

通过分析表1可以发现，经过对方案1、方案2对比可以看出其在煤电能消耗方面非常接近，由此可以看出具有一定的节能效果。在对案例3进行分析可以看出，煤电量方面的消耗出现一定幅度的减少。

经过对不同方案进行分析发现，方案3能够有效地解决调速滞后现象，同时可以满足运煤需要，该方面变频调速方案最为理想。

4 结语

在充分利用采煤机相关参数的情况下该智能变频控制系统可实现对刮板输送机速度的动态调整，从而能够有效地避免出现空载时造成过多的电量消耗，最终能够降低刮板链与中部槽设备的磨损问题。同时，经过对不同变频控制方案进行分析发现，借助刮板输送机、转载机变频联动可以有效地避免出现转载机调速滞后问题。