刮板输送机智能变频控制技术研究

2022-03-24刘超

机械管理开发 2022年1期

刘超

（山西焦煤汾西矿业高阳煤矿，山西孝义 032300）

引言

随着矿井采掘机电设备应用推广，现阶段我国井工开采煤矿综合机械化水平可达到80%以上，且矿井逐渐朝着智能化方向发展[1]。智能化综采工作面应用可显著减少作业人员数量并提升煤炭开采效率及安全保障能力，但是现阶段矿井智能化建设仍处于初级阶段，智能化开采技术及智能化开采设备等问题需要重点攻关解决[2-3]。随着矿井智能化开采技术应用推广，变频控制技术在井下水泵、风机等负载上应用较为广泛。转载机、刮板输送机等是综采工作面常用设备类型，若将刮板输送机进行变频控制可显著降低设备启动及重载阶段对电网的冲击，减少刮板输送机链条、链轮等磨耗，对提升刮板输送机整体运行可靠性具有一定促进意义[4-7]。本文以山西某矿11305 综采工作面回采为工程背景，对刮板输送机智能控制技术展开研究，并提出综合采煤机推进速度、位置及电流等参数调整刮板输送机运行，以便提升刮板输送机运行效率并降低设备能耗。

1 工程概况

11305 综采工作面为矿井首个智能化开采工作面，采面开采11 号煤层，厚度平均3.21 m，煤层埋藏深度350 m。采面设计走向推进1 145 m，倾向长260 m。为了提升刮板输送机运输系统响应速度及运行可靠性，根据采面采煤机、液压支架等设备配备情况，煤层赋存地质条件及井下煤炭运输需要，采面刮板输送机运输系统采用SGZ1000/2526 刮板输送机、SZZ1200/525 转载机。具体采面使用的刮板输送机、转载机技术参数见表1。

表1 刮板输送机、转载机技术参数

刮板输送机及转载机等设备采用井下移动变电站供电，采用的移动变电站型号为KBZSGZY-3150/10/2*1.905YZ，移动变电站高压为10 kV，低压侧为1 路380 V、2 路1.905 kV；刮板输送机及转载机使高压组合变频器控制，具体设备型号为BPJV-3*1250/3.3、BPJV-2*1250/3.3。使用的高压变频器可同时驱动3 台高功率电动机运行，并实现电动机间功率平衡；控制箱采用KXJ127（A）型，控制箱内置PLC 控制器，可实现转载机、刮板输送机等设备变频驱动控制，并可对设备运行参数进行监测。具体采面刮板输送机供电系统如图1 所示。

图1 采面刮板输送机供电系统结构图

2 刮板输送机智能变频控制硬件结构

刮板输送机智能变频控制硬件结构有高压变频器组合、PLC 控制箱、煤量扫描仪、显示系统等。智能变频控制系统使用PLC 控制箱对使用的两台变频器进行调速控制，PLC 控制箱可显示刮板输送机运行速度、驱动电机转速及电流等参数，同时具备低速、高速、定速、智能调速、远程、本地控制等功能。通过井下已经有的工业以太网，可将控制箱监测信息及控制信息等实时传输给地面监控中心，从而实现刮板输送机运行远程监测及控制。具体刮板输送机智能变频控制结构原理如下页图2 所示。

图2 刮板输送机智能变频控制结构原理

PLC 控制箱选择使用型号S7-300CPU315-2DP/PN功能模块，可接受采煤机、变频器等运行参数，依据采煤机电流、采煤机位置、刮板输送机负载及电流等参数，并对参数进行内部运算，最终计算得出刮板输送机最佳运行速度。控制箱上位机软件为动态王6.60，可实现运行参数记录、显示及存储。

刮板输送机调速采用两台高压组合变频器组合对刮板输送机电动机运行进行控制，通过高压变频器可实现刮板输送机软启动、机头及机尾电动机功率平衡等功能。

3 刮板输送机智能调速运行控制

3.1 刮板输送机智能调速控制指标

1）依据采煤机等运行参数调整刮板输送机运行。刮板输送机智能变频控制依据采煤机位置、采煤机电流、刮板输送机电流等参数进行，具体确定的综合评价指标A 可通过式（1）确定：

2）依据转载机调整刮板输送机运行速度。通过刮板输送机上布置的煤量扫描装置检测结果及转载机转矩等参数调整刮板输送机运行速度，具体评价指标B 可由式（2）确定：

3.2 刮板输送机智能调速方案确定

3.2.1 智能调速方案设计

为提高刮板输送机运行效率并实现智能化控制，具体设计如下三种智能调速方案：

方案1：综合分析A、B 指标并依据指标变化智能调整刮板输送机、转载机运行速度。

方案2：单独分析A 指标，并依据A 指标变化智能调速刮板输送机运行；转载机则处于额定运行状态。

方案3：综合分析A、B 指标，并对比刮板输送机、转载机运行速度，根据煤量运输量变化、运行速度变化对设备运行速度进行调整，确保转载机运行速度适中并大于刮板输送机。

3.2.2 优选分析

对设计的变频调速方案进行现场应用，具体对比结果见表2。从表2 中看出，采用方案1 时常出现转载机堵塞问题；采用方案2 时，则出现转载机能耗过大问题；采用方案3 时，转载机即可满足刮板输送机系统煤炭运输需要，而且刮板输送机、转载机等能耗最低，现场应用效果最为显著。通过综合分析，确定选择方案3 作为刮板输送机智能变频调速方案。