煤矿井下胶带机智能化精确控制的研究与应用

韩明惠

摘要：近年来，随着社会的发展，我国的煤矿行业的发展也日新月异。皮带输送机、给煤机已成为煤矿生产中非常重要的运输设备，它能否安全高效地运行，直接决定着矿井机电设备的开机率和产量，而老式的皮带传输方式，采用继电控制，每条皮带可以独立控制开停，系统分散，控制的灵活性差，且各皮带的配置差异较大，同时采用人工操作，操作人员劳动强度大，系统运行效率低，易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡，给矿上带来重大的损失。为此实现皮带输送机的集中控制就显得更加必要。该文从金能煤业分公司井下皮带实际现状出发，结合目前主流集控系统配置同时参考主流设计原理，设计了一套适合煤矿的精确控制系统。该系统为当前煤矿企业对自动化的需要，皮带集控系统与工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个井下运输系统的遥测、遥信、遥控。

关键词：煤矿井下;胶带机智能化精确控制;研究与应用

引言

胶带输送机承担了整个矿井原煤运输的重要任务，胶带输送机各转载点、生产运输环境较为恶劣，需要安全可靠的胶带输送机保护装置和报警系统，并采用先进、实用的智能化设备来装备和优化，不断提升胶带输送机的安全作业环境，提高胶带输送机的安全运行效率，以此确保生产过程中的胶带输送机安全、可靠运行。

1系统实施

1.1调度中心

地面监控中心设置在地面皮带调度室，通过工作站安装的软件对井下皮带相关设施进行集控和监视。控制主机均采用双机热备方式;上位机选用2台工业主机，配置液晶显示器，完成编程及监控监视功能。上位机组态监控软件选用GE公司的最新實时监控组态软件IFIX5.8系统平台，实现图形监控、动态图形显示、历史数据采集管理、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能，并提供多种数据接口实现数据的共享与传播。

1.2井下控制系统

井下控制系统主要包括对井下14条胶带机和多部给煤机的控制，包括控制胶带启停、给煤机控制、变频器的监控。井下皮带采用永磁电机加变频器的驱动方式，采用三电平永磁伺服变频控制器对井下输送机进行控制，各变频器之间功率自动调节，实现多台之间的动态功率平衡。同时，胶带机机械部分采用热浸锌防腐技术原理保证了机械性能的稳定。同时皮带沿线托辊采用高分子塑料胶带托辊，由辊皮、轴承、轴、密封组件组成。辊皮采用超高分子塑料材料，具有轻便、耐磨、不粘附物料、与胶带的摩擦系数低、自润滑性等优点。高分子塑料托辊能延长胶带使用周期，节省能源，有效改善井下工作环境。系统以PLC控制系统为核心，与上位计算机、防爆PLC控制站、胶带机保护传感器等组成PLC分布式监控系统。总体结构可以分为3层结构：数据感知层、PLC控制层和监控信息层。

1.3图像监控系统

每个转载点等重要场所安装高清摄像仪，视频监控装置像素不低于200万，可在地面进行录像存储，视频存储时间90d以上，存储硬盘留有冗余量;视频沿线布置百兆以上光网络进行传输（满足视频传输需要），视频系统与控制系统网络分开。

1.4语音预警联动

皮带沿线安装扩音电话用于系统的联动预警。电话按照100m间距布置，平时可以用于皮带沿线的喊话及开车前的语音预警，紧急情况下可以作为与地面系统的语音通话，作为应急广播的补充。

2系统分析

2.1系统问题

胶带运输机一般都配置有保护系统，能够实现胶带运输机的跑偏、撕裂、打滑、烟雾、急停等保护功能，且能够设置简单的连锁关系，按程序设定实现运输系统逆煤流启车，顺煤流停车的一键逻辑启动。大大提高了生产的效率，改善了工人的作业环境、降低了劳动强度，然而仍存在如下几个关键问题：（1）拖动方式：大部分胶带机电机采用工频拖动方式，存在传动效率低、启动电流冲击及机械冲击大、无法功率平衡等问题，造成了系统运行不经济;皮带和液力耦合器磨损严重，维修及维护成本高;存在无功环流损耗等问题。（2）由于整个煤流系统过长，空载时间比较多，效率比较低下，造成浪费能源的现象比较突出。（3）无法实现整个煤流系统的智能化节能运行。

2.2解决方案

胶带机运输系统节能降耗的途径主要有：优化胶带机运输系统的集中控制程序、采用变频器来驱动电机、加强生产调度与管理等。在技术层面，建立胶带机智能控制系统、优化集中控制程序，使胶带机控制系统不但具有良好的控制性能和完善的保护环节，还能有效地避免安全事故的发生、延长胶带机的使用寿命，为整个煤炭生产过程增值。对胶带机运输控制系统进行智能化改造，是降低企业生产成本，提高企业经济效益的直接手段、也是最有效的途径，胶带机智能控制系统在保证系统功能的前提下结合经济性原则，按如下思路做总体规划。（1）把“整体”范围适当缩小：把整个煤流系统按物理位置、工艺等因素划分为几个区段的“小整体”;（2）把“个体”适当放大：把几条相关的胶带机整体考虑，逻辑上看作是一条胶带机;（3）充分发挥转载处胶带机（安装有变频驱动的）的“缓冲仓”作用，并兼顾安全闭锁;（4）最大限度降低启动电流、最大限度减少每条胶带机的空载时间、最大限度保证生产安全、最大限度保证生产效率、提高生产智能化水平;（5）优化胶带机运输系统集控程序为主，更换电机拖动方式为辅助，节约改造费用，同时降低无效能耗。

2.3PLC控制分站布置

（1）PLC控制分站布置在井下的变电所、配电室内。（2）PLC控制分站的布置综合考虑胶带机的物理位置，胶带机区域段长度、负荷、煤流、现场环境等因素。（3）配置通讯模块：用于站间、站与后台、站与变频或软启或磁力开关等设备的通讯。通过与其他站之间的通讯，实现整个煤流系统的联动起车、停车;通过与电机驱动设备的通讯实现电机运行参数的采集与电机的启停控制等操作;通过与后台的通讯实现数据的远程回传，在调度指挥中心对整个煤流系统的远程监控。（4）配置开关量输入模块：用于接入胶带机集控系统相关的开关量设备（如电机的启、停状态灯）和保护设备（跑偏、打滑、撕裂、烟雾等）（5）配置模拟量输入模块：用于采集胶带机集控系统相关的模拟量设备（如煤仓煤位等）。（6）配置开关量输出模块：用于对胶带机的驱动设备进行逻辑启停等执行操作。控制站之间采用DP网络总线方式进行互联通讯，通过控制站之间的逻辑编程实现多条胶带机的连锁控制。控制站与后台上位机采用以太网方式进行通讯。