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引言
現階段刮板輸送機驅動多為“雙速電機、組合開關、減速器”或者“電動機、組合開關、減速器、液力偶合器”方式，上述方式無法實現減速器油溫、電機溫度監測且不具備保護閉鎖功能[1-3]。傳統刮板輸送機控制方式存在下述主要問題[4-8]：啟動速度快，容易產生較大的電氣以及機械沖擊，給供電電網穩定性以及設備運行可靠性帶來影響；刮板輸送機恒速運行、無功功率較大，導致電能利用率偏低、能耗較高；無法實現有效監測及保護，刮板鏈持續較高張緊力，容易出現較大變形。智能化礦山是礦井發展的主要趨勢，可提升礦井生產效率并減少作業人數[9]。智能化礦山建設的重要組成是實現運輸系統智能化，刮板輸送機是采掘作業面主要運輸設備，實現刮板輸送機智能化控制可明顯提升設備運行效率。
1刮板輸送機智能控制系統組成
1.1系統硬件結構組成系統組成包括高壓變頻、智能控制兩部分，具體組成如圖1所示。變頻器為BPJV-2×1250/3.3，供電用2500kVA移動變電站，可對機頭、機尾電機主-從聯合控制或者單獨啟停控制；變頻器間通過CAN總線通信。智能控制系統包括地面云端服務器、操作箱（CXJ127S）、煤量檢查傳感器、振動傳感器、數據采集箱以及液壓張緊控制器等構成；操作箱與變頻器、監測傳感器以及液壓張緊控制器等采用CAN總線方式連接，通過以太網方式獲取煤量檢測結果；地面云端服務器通過井下環網獲取操作箱數據并對相關數據進行顯示、分析。
1.2智能控制方案1）刮板鏈條自動張緊控制。刮板輸送機啟動時，液壓張緊系統張緊鏈條，后啟動刮板輸送機；在停機時先停止變頻器，后降低張緊力。2）煤量監測。用激光掃描儀檢測煤量，結果通過以太網傳輸給操作箱，操作箱分析煤量確定最佳速度；將速度調節信號傳輸給變頻器實現智能調整。3）驅動裝置監測。在驅動位置旁布置數據采集箱，獲取減速器或者電動機內PT100溫度傳感器數據；數據采集箱將監測結果傳輸給操作箱，實現驅動裝置運行狀態監測。4）振動監測。在驅動電機底座處安裝振動傳感器，對驅動電機振頻率、振幅監測，實現驅動裝置維護提升及運行異常預警。
2關鍵技術分析
2.1高壓變頻驅動采用的BPJV-2×1250/3.3高壓變頻器有2個相互獨立輸出回路，可實現2臺1000kW電機變頻控制，具體高壓變頻器拓撲結構如圖2所示。高壓變頻器具備有漏電、過載、缺相、接地以及欠電壓保護等功能，通過液晶顯示屏可實時顯現變頻器工作狀態。具體使用的變頻器技術參數如下頁表1所示。通過高壓變頻驅動實現軟啟動、驅動功率平衡、鏈條保護以及斷鏈監測等功能。高壓變頻器可實現軟啟動，明顯啟動、停止以及急停等機械沖擊、電氣沖擊影響，提高刮板輸送機工作效率，通過變頻器主-從控制方式實現機頭、機尾電機功率平衡，在生產過程中機頭電機是主要的負載設備；機尾電機主要用以張緊刮板鏈，在負載較大時與配合機頭電機為刮板鏈提供動力。在刮板輸送機運行時依據刮板上煤量調整啟動時間、機頭與機尾間啟動滯后時間，同時具備刮板鏈負載監測功能，從而降低刮板輸送機運行期間刮板鏈故障發生率，提高刮板鏈運行穩定性。
2.2煤量監測激光掃描儀置于機頭上方，測定刮板煤流高度監測煤量，具體激光掃描示意圖如圖3所示。具體工作原理為：激光掃描角度為α，獲取每個斷面高度hi，得到每個橫截面單元面積△Si，最終得到煤量斷面積S，通過引進坐標定位、外形輪廓以及運行速度等信息，即可實現煤流量監測。
2.3數據采集分析刮板輸送機驅動裝置監測內容包括減速器（油溫、高低速傳動軸等）及電機（三相繞組等）溫度、電機振動頻率及幅值、冷卻水溫度及流量等。數據采集箱獲取監測數據，并通過總線方式將結果傳輸給操作箱。操作箱匯總檢測數據，并經過井下工業以太網環網將數據傳輸給地面云服務器。
2.3.1溫度以及冷卻系統分析對刮板輸送機驅動裝置多位置溫度進行檢測，自動確定驅動裝置正常運行溫度范圍，若發現某處溫度出現突變或者檢測結果偏高時，操作箱會發出顯示異常點并發出預警信息；若問題嚴重時操作箱會發出停機指令，降低故障影響。對驅動裝置水冷系統流量、水溫等檢測，確定正常運行水溫及流量，若發現冷卻水系統出現異常后，會在操作箱上顯示異常類型并提醒相關人員及時處理，避免出現水冷系統故障導致局部溫度異常問題。
2.3.2振動信號分析通過振動傳感器監測驅動電機振動頻率、幅值，經過大量數據分析確定正常運行時驅動部位振動幅值及頻率范圍。刮板輸送機出現故障往往伴隨有異常振動，若監測的振動參數出現異常，則會發出報警信號，提醒及時維修，避免驅動裝置故障擴大化。
2.4運行速度智能調整策略變頻器可實現無極調速，通過智能調速可降能耗。智能調速基礎是變頻調速控制及煤量監測。在生產過程中受到采煤機截割深度、速度、煤壁片幫以及推溜等因素影響，刮板輸送機煤量會發生變化，通過智能調整運行速度，可在滿足原煤外運同時降低刮板鏈回轉次數，以便降低磨損及能耗。運行速度智能調整基于PI控制方法實現，將刮板輸送機上實時煤量Qi與額定煤量Qs進行比對，根據兩者之間差值調整運行速度；當Qi＞Qs時提速，Qi＜Qs時降速，通過調整速度使得刮板輸送機實際負載處于理想狀態，使得驅動電機無功功率最低，以便降低運行能耗。
3結語
文中對基于變頻驅動的刮板輸送機智能控制系統進行分析，該系統于2018年10月在山西某礦刮板輸送機控制中進行應用，工作面已回采推進超過1200m，智能控制系統始終保持穩定運行。通過采用智能控制系統實現刮板輸送機驅動裝置檢測、煤流檢測、智能調速、刮板鏈自動張緊、軟啟動等，并借助地面云服務器及大數據技術實現驅動裝置故障監測及預警功能。將智能控制系統應用到刮板輸送機運行控制后，可在一定程度提升綜采工作面智能化控制程度，提高煤炭運輸效率。
參考文獻
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作者:張霞 單位:汾西礦業集團礦山設備租賃分公司