煤礦井下膠帶機(jī)智能化精確控制的研究與應(yīng)用

韓明惠

摘要：近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的煤礦行業(yè)的發(fā)展也日新月異。皮帶輸送機(jī)、給煤機(jī)已成為煤礦生產(chǎn)中非常重要的運(yùn)輸設(shè)備，它能否安全高效地運(yùn)行，直接決定著礦井機(jī)電設(shè)備的開機(jī)率和產(chǎn)量，而老式的皮帶傳輸方式，采用繼電控制，每條皮帶可以獨(dú)立控制開停，系統(tǒng)分散，控制的靈活性差，且各皮帶的配置差異較大，同時(shí)采用人工操作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)運(yùn)行效率低，易引起操作失誤，造成設(shè)備損壞，甚至人員傷亡，給礦上帶來重大的損失。為此實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的集中控制就顯得更加必要。該文從金能煤業(yè)分公司井下皮帶實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合目前主流集控系統(tǒng)配置同時(shí)參考主流設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了一套適合煤礦的精確控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)為當(dāng)前煤礦企業(yè)對自動(dòng)化的需要，皮帶集控系統(tǒng)與工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構(gòu)成一個(gè)完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)井下運(yùn)輸系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。

關(guān)鍵詞：煤礦井下;膠帶機(jī)智能化精確控制;研究與應(yīng)用

引言

膠帶輸送機(jī)承擔(dān)了整個(gè)礦井原煤運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，膠帶輸送機(jī)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)、生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)境較為惡劣，需要安全可靠的膠帶輸送機(jī)保護(hù)裝置和報(bào)警系統(tǒng)，并采用先進(jìn)、實(shí)用的智能化設(shè)備來裝備和優(yōu)化，不斷提升膠帶輸送機(jī)的安全作業(yè)環(huán)境，提高膠帶輸送機(jī)的安全運(yùn)行效率，以此確保生產(chǎn)過程中的膠帶輸送機(jī)安全、可靠運(yùn)行。

1系統(tǒng)實(shí)施

1.1調(diào)度中心

地面監(jiān)控中心設(shè)置在地面皮帶調(diào)度室，通過工作站安裝的軟件對井下皮帶相關(guān)設(shè)施進(jìn)行集控和監(jiān)視?？刂浦鳈C(jī)均采用雙機(jī)熱備方式;上位機(jī)選用2臺(tái)工業(yè)主機(jī)，配置液晶顯示器，完成編程及監(jiān)控監(jiān)視功能。上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件選用GE公司的最新實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件IFIX5.8系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)采集管理、狀態(tài)趨勢圖、自診斷、報(bào)警等諸多功能，并提供多種數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與傳播。

1.2井下控制系統(tǒng)

井下控制系統(tǒng)主要包括對井下14條膠帶機(jī)和多部給煤機(jī)的控制，包括控制膠帶啟停、給煤機(jī)控制、變頻器的監(jiān)控。井下皮帶采用永磁電機(jī)加變頻器的驅(qū)動(dòng)方式，采用三電平永磁伺服變頻控制器對井下輸送機(jī)進(jìn)行控制，各變頻器之間功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)之間的動(dòng)態(tài)功率平衡。同時(shí)，膠帶機(jī)機(jī)械部分采用熱浸鋅防腐技術(shù)原理保證了機(jī)械性能的穩(wěn)定。同時(shí)皮帶沿線托輥采用高分子塑料膠帶托輥，由輥皮、軸承、軸、密封組件組成。輥皮采用超高分子塑料材料，具有輕便、耐磨、不粘附物料、與膠帶的摩擦系數(shù)低、自潤滑性等優(yōu)點(diǎn)。高分子塑料托輥能延長膠帶使用周期，節(jié)省能源，有效改善井下工作環(huán)境。系統(tǒng)以PLC控制系統(tǒng)為核心，與上位計(jì)算機(jī)、防爆PLC控制站、膠帶機(jī)保護(hù)傳感器等組成PLC分布式監(jiān)控系統(tǒng)?？傮w結(jié)構(gòu)可以分為3層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)感知層、PLC控制層和監(jiān)控信息層。

1.3圖像監(jiān)控系統(tǒng)

每個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)等重要場所安裝高清攝像儀，視頻監(jiān)控裝置像素不低于200萬，可在地面進(jìn)行錄像存儲(chǔ)，視頻存儲(chǔ)時(shí)間90d以上，存儲(chǔ)硬盤留有冗余量;視頻沿線布置百兆以上光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸（滿足視頻傳輸需要），視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分開。

1.4語音預(yù)警聯(lián)動(dòng)

皮帶沿線安裝擴(kuò)音電話用于系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)預(yù)警。電話按照100m間距布置，平時(shí)可以用于皮帶沿線的喊話及開車前的語音預(yù)警，緊急情況下可以作為與地面系統(tǒng)的語音通話，作為應(yīng)急廣播的補(bǔ)充。

2系統(tǒng)分析

2.1系統(tǒng)問題

膠帶運(yùn)輸機(jī)一般都配置有保護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的跑偏、撕裂、打滑、煙霧、急停等保護(hù)功能，且能夠設(shè)置簡單的連鎖關(guān)系，按程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)逆煤流啟車，順煤流停車的一鍵邏輯啟動(dòng)。大大提高了生產(chǎn)的效率，改善了工人的作業(yè)環(huán)境、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，然而仍存在如下幾個(gè)關(guān)鍵問題：（1）拖動(dòng)方式：大部分膠帶機(jī)電機(jī)采用工頻拖動(dòng)方式，存在傳動(dòng)效率低、啟動(dòng)電流沖擊及機(jī)械沖擊大、無法功率平衡等問題，造成了系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì);皮帶和液力耦合器磨損嚴(yán)重，維修及維護(hù)成本高;存在無功環(huán)流損耗等問題。（2）由于整個(gè)煤流系統(tǒng)過長，空載時(shí)間比較多，效率比較低下，造成浪費(fèi)能源的現(xiàn)象比較突出。（3）無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤流系統(tǒng)的智能化節(jié)能運(yùn)行。

2.2解決方案

膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)節(jié)能降耗的途徑主要有：優(yōu)化膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的集中控制程序、采用變頻器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)、加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度與管理等。在技術(shù)層面，建立膠帶機(jī)智能控制系統(tǒng)、優(yōu)化集中控制程序，使膠帶機(jī)控制系統(tǒng)不但具有良好的控制性能和完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，還能有效地避免安全事故的發(fā)生、延長膠帶機(jī)的使用壽命，為整個(gè)煤炭生產(chǎn)過程增值。對膠帶機(jī)運(yùn)輸控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，是降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的直接手段、也是最有效的途徑，膠帶機(jī)智能控制系統(tǒng)在保證系統(tǒng)功能的前提下結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則，按如下思路做總體規(guī)劃。（1）把“整體”范圍適當(dāng)縮?。喊颜麄€(gè)煤流系統(tǒng)按物理位置、工藝等因素劃分為幾個(gè)區(qū)段的“小整體”;（2）把“個(gè)體”適當(dāng)放大：把幾條相關(guān)的膠帶機(jī)整體考慮，邏輯上看作是一條膠帶機(jī);（3）充分發(fā)揮轉(zhuǎn)載處膠帶機(jī)（安裝有變頻驅(qū)動(dòng)的）的“緩沖倉”作用，并兼顧安全閉鎖;（4）最大限度降低啟動(dòng)電流、最大限度減少每條膠帶機(jī)的空載時(shí)間、最大限度保證生產(chǎn)安全、最大限度保證生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)智能化水平;（5）優(yōu)化膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)集控程序?yàn)橹鳎鼡Q電機(jī)拖動(dòng)方式為輔助，節(jié)約改造費(fèi)用，同時(shí)降低無效能耗。

2.3PLC控制分站布置

（1）PLC控制分站布置在井下的變電所、配電室內(nèi)。（2）PLC控制分站的布置綜合考慮膠帶機(jī)的物理位置，膠帶機(jī)區(qū)域段長度、負(fù)荷、煤流、現(xiàn)場環(huán)境等因素。（3）配置通訊模塊：用于站間、站與后臺(tái)、站與變頻或軟啟或磁力開關(guān)等設(shè)備的通訊。通過與其他站之間的通訊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤流系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)起車、停車;通過與電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的通訊實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的采集與電機(jī)的啟?？刂频炔僮?通過與后臺(tái)的通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程回傳，在調(diào)度指揮中心對整個(gè)煤流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。（4）配置開關(guān)量輸入模塊：用于接入膠帶機(jī)集控系統(tǒng)相關(guān)的開關(guān)量設(shè)備（如電機(jī)的啟、停狀態(tài)燈）和保護(hù)設(shè)備（跑偏、打滑、撕裂、煙霧等）（5）配置模擬量輸入模塊：用于采集膠帶機(jī)集控系統(tǒng)相關(guān)的模擬量設(shè)備（如煤倉煤位等）。（6）配置開關(guān)量輸出模塊：用于對膠帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行邏輯啟停等執(zhí)行操作?？刂普局g采用DP網(wǎng)絡(luò)總線方式進(jìn)行互聯(lián)通訊，通過控制站之間的邏輯編程實(shí)現(xiàn)多條膠帶機(jī)的連鎖控制?？刂普九c后臺(tái)上位機(jī)采用以太網(wǎng)方式進(jìn)行通訊。