引言
现阶段刮板输送机驱动多为“双速电机、组合开关、减速器”或者“电动机、组合开关、减速器、液力偶合器”方式，上述方式无法实现减速器油温、电机温度监测且不具备保护闭锁功能[1-3]。传统刮板输送机控制方式存在下述主要问题[4-8]：启动速度快，容易产生较大的电气以及机械冲击，给供电电网稳定性以及设备运行可靠性带来影响；刮板输送机恒速运行、无功功率较大，导致电能利用率偏低、能耗较高；无法实现有效监测及保护，刮板链持续较高张紧力，容易出现较大变形。智能化矿山是矿井发展的主要趋势，可提升矿井生产效率并减少作业人数[9]。智能化矿山建设的重要组成是实现运输系统智能化，刮板输送机是采掘作业面主要运输设备，实现刮板输送机智能化控制可明显提升设备运行效率。
1刮板输送机智能控制系统组成
1.1系统硬件结构组成系统组成包括高压变频、智能控制两部分，具体组成如图1所示。变频器为BPJV-2×1250/3.3，供电用2500kVA移动变电站，可对机头、机尾电机主-从联合控制或者单独启停控制；变频器间通过CAN总线通信。智能控制系统包括地面云端服务器、操作箱（CXJ127S）、煤量检查传感器、振动传感器、数据采集箱以及液压张紧控制器等构成；操作箱与变频器、监测传感器以及液压张紧控制器等采用CAN总线方式连接，通过以太网方式获取煤量检测结果；地面云端服务器通过井下环网获取操作箱数据并对相关数据进行显示、分析。
1.2智能控制方案1）刮板链条自动张紧控制。刮板输送机启动时，液压张紧系统张紧链条，后启动刮板输送机；在停机时先停止变频器，后降低张紧力。2）煤量监测。用激光扫描仪检测煤量，结果通过以太网传输给操作箱，操作箱分析煤量确定最佳速度；将速度调节信号传输给变频器实现智能调整。3）驱动装置监测。在驱动位置旁布置数据采集箱，获取减速器或者电动机内PT100温度传感器数据；数据采集箱将监测结果传输给操作箱，实现驱动装置运行状态监测。4）振动监测。在驱动电机底座处安装振动传感器，对驱动电机振频率、振幅监测，实现驱动装置维护提升及运行异常预警。
2关键技术分析
2.1高压变频驱动采用的BPJV-2×1250/3.3高压变频器有2个相互独立输出回路，可实现2台1000kW电机变频控制，具体高压变频器拓扑结构如图2所示。高压变频器具备有漏电、过载、缺相、接地以及欠电压保护等功能，通过液晶显示屏可实时显现变频器工作状态。具体使用的变频器技术参数如下页表1所示。通过高压变频驱动实现软启动、驱动功率平衡、链条保护以及断链监测等功能。高压变频器可实现软启动，明显启动、停止以及急停等机械冲击、电气冲击影响，提高刮板输送机工作效率，通过变频器主-从控制方式实现机头、机尾电机功率平衡，在生产过程中机头电机是主要的负载设备；机尾电机主要用以张紧刮板链，在负载较大时与配合机头电机为刮板链提供动力。在刮板输送机运行时依据刮板上煤量调整启动时间、机头与机尾间启动滞后时间，同时具备刮板链负载监测功能，从而降低刮板输送机运行期间刮板链故障发生率，提高刮板链运行稳定性。
2.2煤量监测激光扫描仪置于机头上方，测定刮板煤流高度监测煤量，具体激光扫描示意图如图3所示。具体工作原理为：激光扫描角度为α，获取每个断面高度hi，得到每个横截面单元面积△Si，最终得到煤量断面积S，通过引进坐标定位、外形轮廓以及运行速度等信息，即可实现煤流量监测。
2.3数据采集分析刮板输送机驱动装置监测内容包括减速器（油温、高低速传动轴等）及电机（三相绕组等）温度、电机振动频率及幅值、冷却水温度及流量等。数据采集箱获取监测数据，并通过总线方式将结果传输给操作箱。操作箱汇总检测数据，并经过井下工业以太网环网将数据传输给地面云服务器。
2.3.1温度以及冷却系统分析对刮板输送机驱动装置多位置温度进行检测，自动确定驱动装置正常运行温度范围，若发现某处温度出现突变或者检测结果偏高时，操作箱会发出显示异常点并发出预警信息；若问题严重时操作箱会发出停机指令，降低故障影响。对驱动装置水冷系统流量、水温等检测，确定正常运行水温及流量，若发现冷却水系统出现异常后，会在操作箱上显示异常类型并提醒相关人员及时处理，避免出现水冷系统故障导致局部温度异常问题。
2.3.2振动信号分析通过振动传感器监测驱动电机振动频率、幅值，经过大量数据分析确定正常运行时驱动部位振动幅值及频率范围。刮板输送机出现故障往往伴随有异常振动，若监测的振动参数出现异常，则会发出报警信号，提醒及时维修，避免驱动装置故障扩大化。
2.4运行速度智能调整策略变频器可实现无极调速，通过智能调速可降能耗。智能调速基础是变频调速控制及煤量监测。在生产过程中受到采煤机截割深度、速度、煤壁片帮以及推溜等因素影响，刮板输送机煤量会发生变化，通过智能调整运行速度，可在满足原煤外运同时降低刮板链回转次数，以便降低磨损及能耗。运行速度智能调整基于PI控制方法实现，将刮板输送机上实时煤量Qi与额定煤量Qs进行比对，根据两者之间差值调整运行速度；当Qi＞Qs时提速，Qi＜Qs时降速，通过调整速度使得刮板输送机实际负载处于理想状态，使得驱动电机无功功率最低，以便降低运行能耗。
3结语
文中对基于变频驱动的刮板输送机智能控制系统进行分析，该系统于2018年10月在山西某矿刮板输送机控制中进行应用，工作面已回采推进超过1200m，智能控制系统始终保持稳定运行。通过采用智能控制系统实现刮板输送机驱动装置检测、煤流检测、智能调速、刮板链自动张紧、软启动等，并借助地面云服务器及大数据技术实现驱动装置故障监测及预警功能。将智能控制系统应用到刮板输送机运行控制后，可在一定程度提升综采工作面智能化控制程度，提高煤炭运输效率。
参考文献
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[2]冯景浦，王盼，张学刚.刮板输送设备智能控制系统发展趋势[J].陕西煤炭，2021，40（5）：65-67；71.
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[7]梁志斌.智能变频控制系统在综采工作面刮板输送机中的应用[J].山西能源学院学报，2020，33（6）：1-3.
作者:张霞 单位:汾西矿业集团矿山设备租赁分公司
