矿井刮板输送机智能化速度控制系统的设计

李小文

（晋能控股煤业集团麻家梁煤业有限责任公司，山西 朔州 036000）

1 某矿井及其刮板输送机概况

某煤矿煤层的深度在170～240 m的范围内，煤层厚度在2.7～3.8 m的范围内，平均厚度约3.2 m。经过前期勘测发现该煤层蕴含有大量的煤炭资源，目前以每年8 Mt的速度进行开采，开采工作面长度为260 m，推进长度约为1 500 m。工作面刮板输送机型号为SGZ1000/2565，该型号输送机正常工作时链条的运行速度为1.6 m/s，每小时可以运送煤矿物料3 000 t，同时由三台电机驱动，每台电机的功率大小为855 kW，电机减速器的减速比约为34∶1。

该矿没有为SGZ1000/2565刮板输送机配备智能化的变频调速控制系统，在生产实践中暴露出一些问题。一是启动过程会产生比较大的电流，对矿井电网的稳定运行造成冲击；二是设备启动过程较快，使设备受到冲击，容易引起设备故障；三是设备一旦启动，无论输送的煤矿物料有多少，都只能以恒定的速度运行，而当运输的煤矿物料量较少时，设备运行效率就相对较低，造成严重的电力能源浪费。基于上述问题，该矿决定对SGZ1000/2565型刮板输送机进行智能化技术改造。

2 刮板输送机智能化速度控制系统整体方案设计

如图1所示为刮板输送机智能化速度控制系统整体方案设计框图。从图中可以看出，整个智能化速度控制系统由三大模块构成，分别为检测模块、控制模块和执行模块。检测模块主要是通过速度传感器和图像识别系统对刮板输送机运行时的链速以及实时输送物料量进行检测。控制模块的核心为PLC控制器，完成从检测模块传输至控制器的数据信息的分析处理任务，获得刮板输送机的实时运行状态。执行模块主要包括三台变频器（一台主变频器、两台从变频器）和三台电机，变频器受到PLC控制器控制，输出频率需要根据主变频器输出频率得以调整，可保证三台电机之间的功率平衡，提升刮板输送机运行的稳定性。

图1 智能化刮板输送机速度控制系统整体方案设计框图

在刮板输送机运行时，智能化速度控制系统对其运行速度和煤矿物料运输量进行检测，检测结果由PLC控制器进行分析对比，如果两者之间不匹配，则会对刮板输送机的运行速度进行自动控制。若煤矿物料运输量较多则需要提升速度，若煤矿物料运输量较少则需要降低速度[1-2]，如此调整直到两者相互匹配为止。整个速度调整过程全部由控制系统自动完成，无特殊情况无需人为干预，真正实现智能化控制[3]。

3 智能化速度控制系统的硬件设施介绍

3.1 图像识别系统

图像识别系统中最重要的硬件设施为高清摄像头，本系统中使用的摄像头型号为DH-EPCMW200UF，该型号摄像头为煤矿环境专用，具有很好的防爆性能。考虑到矿井环境复杂，内部光线不好，在摄像头附近配设LED照射光源，以配合摄像头提取刮板输送机图像。获取的刮板输送机图像信息被输入到图像识别系统得到处理，处理结果被输入控制系统的PLC控制器中得以分析。

3.2 变频器与控制器

变频器是速度控制系统中的重要执行部件，具体型号为BPJV-1250/3.3，该型号变频器具有防爆性能，能够适应矿井复杂环境。变频器正常的输入电压频率为50 Hz，但其输出电压频率可以根据PLC控制器下达的指令予以实时调整，调整范围为20～100Hz。根据电机基本工作原理，其运行速度与电压频率之间存在紧密关系，因此通过对电机输入电压频率的调整，可以实现对电机速度的控制，最终达到对刮板输送机运行速度进行调整的目的。

PLC控制器是智能化速度控制系统的关键和核心，系统最终选用的PLC控制机型号为S7-300，该控制器由西门子公司研制生产，已经得到了实践检验，运行过程非常稳定。S7-300型PLC控制器具有强大的运行计算能力，完全能够满足本系统的数据处理性能要求。

4 智能化刮板输送机速度控制系统的应用

通过该矿连续4个月的实践测试，对刮板输送机运行过程中产生的电能消耗数据进行了统计分析，结果如表1所示。由表中数据可知，在连续4个月的实践测试中，每个月开采的煤矿量平均为308218 t，而每个月使用的电量平均为490 764 kW·h，平均每个月消耗的电能为1.59 kW·h/t。在没有使用智能化速度控制系统前，刮板输送机每月消耗的电能约为1.79 kW·h/t。由此可见，通过使用智能化速度控制系统，刮板输送机的输送速度可以根据煤矿物料运输量得到实时调整，使每运输1 t煤矿物料消耗的电能下降了11.2%，节能效果显著。

表1 智能化刮板输送机速度控制系统应用数据统计

5 结论

1）智能化速度控制系统可以根据煤矿物料运输量对刮板输送机运行速度进行智能化控制，达到了节省电力能源的目的；

2）智能化速度控制系统可利用图像识别系统对刮板输送机煤矿运输量进行智能化识别；

3）智能化速度控制系统的应用，使刮板输送机吨煤电能消耗量降低了11.2%，故障率也显著降低。