煤矿井下皮带机自动控制系统的设计与应用

赵强

中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆 400037

目前通常都是使用远距离皮带输送机来满足煤炭运输的繁重任务。但是近年来国内外许多研究人员对带式输送机技术进行研究，使得皮带运输机更新速度快。皮带运输机的操作需要严格满足启动功率和运行功率等方面的要求，并且在控制过程中的操作极其困难，尤其是在高荷载的条件下更为复杂。设备在操作阶段，支撑辊会出现振动，从而会带来材料上的浪费，增加清理工作的难度，需要投入更高的人工成本。因此，应当在皮带的设置上提出一些更有针对性的改进设计[1]。

1 煤矿强力皮带机控制系统组成

煤矿强力皮带机控制系统，主要由集中控制操作台，就地综保控制箱，远程分站箱，温度监测、烟雾监测、自动洒水、防打滑、跑偏、堆煤、撕裂保护等保护装置，电流电压监测装置，软启动器组成。其中集中控制操作台主机集成了PLC、变送器、耦合器、通讯装置等，就地控制台安装了各类仪表、显示屏、继电器、就地启停按钮等[2]。

2 煤矿井下皮带机自动控制系统设计基本要求

第一，安装各类设备来进行信息的传感，可以促进电流使用的安全性和整体环境的安全保障，对一些工作设备进行实时监控，一旦出现任何状况，相关人员都会对其进行及时的处理，从而保障工程顺利完成；第二，应用生动形象的表达方式来展现工程的工作流程，还可以实现多重信息之间的互换。

3 煤矿井下皮带机自动控制系统的设计与应用

3.1 煤流运输监测

采用机器视觉检测技术，布置防爆摄像头对带式输送机煤流运输进行图像采集，并分析所采集图像特征，根据图像的纹理数据可计算出空载时输送带图像上2 个像素点间的真实距离，通过多张图像的特征分析对比及空间视觉技术，并结合输送带内弧形槽的横截面积、煤流的分散度、输送带的运行速度可得出带式输送机的运输煤量。基于机器视觉检测技术的带式输送机远程监控系统具备带式输送机变速箱智能调节功能，可根据带式输送机煤量运输的实时变化而触发煤量运输检测装置，根据煤量变化发出相应的信号控制变速箱进行调速，实现带式输送机的节能降耗[3]。

3.2 变频调速

运输机在开动时，胶带会被拉伸，进而会增加胶带的张力，使传送带产生空转现象。同时机器运转起来，传送带子动态张力的不断增加，会在传送带的表面与它下面的滚筒间产生很大的摩擦，不仅产生阻力，还会发热，进而导致传送速率和安全性受到很大的影响。变频调速技术可以调节输入到机械中的电源的频率，使电机部件开动、制动时的运转状态得到控制，提前对机器开动时间的上下限范围进行计算后，启动时运转速度会由零逐渐增加到额定值的，这个过程不会对电网产生负荷，并且启动过程平稳，减小了传统方式所产生的阻力，增加了系统的使用寿命。应用变频调节技术带来了巨大的环境和社会效益的价值：①变频调节技术相关的新产品的研发生产，对设备生产企业来说，是一个新的创收长点，再加上矿山企业对该系统的需求量较大，这也将带动矿山设备制造企业的生产活力和创新发展，进而促进国民经济的创新与突破。②通过对变频调速技术的实际应用和研究，验证了其在实际生产中的效果，进而也增加了相关行业的自主创新能力。③新技术的应用，最直接就表现解放了人力，也改善了工作环境，提升了工作效率。④变频调速技术的应用，为实现我国矿井的现代化建设的目标提供了强大助力[4]。

3.3 传感器选型

在进行传感器的选择时，首先要确定输送机保护主机，即KHP128-Z，其次再对各种类型的传感器进行选择，主要包含以下七个类型: 第一，速度传感器。该设备的主要作用是速度检测，一旦发现异常情况都要进行及时的数据导回；第二，温度传感器。该设备的主要作用是温度检查，有着一定的保护作用，如果温度超过一般水平，将会开启自动洒水装置的开关；第三，烟雾传感器。该设备的主要作用就是为了确保工作环境烟雾达到相关标准，并对不平衡现象进行及时的调整；第四，跑偏传感器。该设备的主要监测对象为输送带，一旦发生任何扭曲现象，该传感器将会发出跑偏信息；第五，堆煤传感器，主要对煤炭做出保护工作；第六，撕裂传感器。该传感器主要是通过电阻输出值的大小变化来发挥作用，一旦撕裂信号发出，整个设备将会暂停两秒，之后再正常运行；第七，急停传感器。一旦该设备发现任何事物现象，都可以对主机传递急停的信号，从而暂停整个工程，只有人工调节之后，才能开启正常运转。

3.4 带式输送机节能控制系统

控制对象参数检测单元，主要指带速传感器和煤量传感器（皮带秤），带速传感器将皮带速度转换为电流信号，煤量传感器将煤量转换为电流信号，经信号调理电路处理后输入给PLC 节能控制装置；控制单元，PLC 节能控制装置主要指的是PLC 控制器，PLC 控制器接收到带速传感器和煤量传感器传回的速度和煤量信息后，经过程序处理，实现输送带带速控制，根据预定的控制算法，煤量多时输送带加速，煤量少时输送带减速，除此之外还能实现电机启动、刹车和功率平衡等功能；执行单元，主要指变频调速驱动装置和带式输送机，变频调速驱动装置就是变频器，变频器接收PLC 的控制信号，改变其输出电压的频率，拖动带式输送机运行的电机的转速随之改变。在以上控制硬件的基础上，带式输送机节能控制系统设计的功能有：皮带机操作人员可在现场直接设定变频器的频率，即直接给定皮带输送机的转速，使之保持匀速运行，这是带式输送机控制系统的基本功能；操作人员可通过PLC 控制器对变频器实现控制，实现自动控制；PLC 控制器能够与调度上位机进行网络通信，实现上位机控制；操作人员可通过登录网络服务器获得操作权限，实现环网通信控制。

4 结语

在生产实践中设计了带式输送机自动控制系统，根据有关保护需要应用各种传感器，引入了S7-300PLC，确定使用的PLC 的型号与功能模块，在此基础上，还对控制流程图进行设计，通过PLC 语言进行了自动控制程序编写。此外，还配置了inTouch 来负责实现显示功能，从而实现对机械设备的自动化操控。