煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

郝鵬云

（西山煤電機(jī)電修造園區(qū)新恒源電氣科技分公司 山西省太原市 030053）

作為我國不可再生的自然資源，煤炭被廣泛應(yīng)用至各個(gè)行業(yè)中，在整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中占據(jù)十分重要的地位。目前人們生活水準(zhǔn)顯著提高，對(duì)煤炭資源更為需求，面對(duì)此，我國煤礦企業(yè)應(yīng)不斷提高膠帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的工作能力，以滿足新時(shí)代的采掘需求。

煤炭采掘期間，運(yùn)輸工作占據(jù)十分關(guān)鍵的作用，整個(gè)開采過程中的膠帶運(yùn)輸機(jī)十分重要。作為物料運(yùn)輸載體，冶金、化工以及采礦等行業(yè)均需要使用膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，尤其將膠帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用至礦井開采中，更是可以提高效率，保證效益。為了適應(yīng)開采需求，煤礦企業(yè)應(yīng)不斷提高膠帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備的管理水平，合理引入科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，為實(shí)際管理工作提供更多保障。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)要求

1.1 控制要求

手動(dòng)、自動(dòng)以及遠(yuǎn)程調(diào)控均屬于運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)的組成部分，為了保證膠帶運(yùn)輸機(jī)快速打開與關(guān)閉功能的正常使用，運(yùn)輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)引入智能技術(shù)，提高工作效率，增加給煤與電機(jī)的抱閘功能，從而可以聯(lián)合閉鎖上下游膠帶。通過使用自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)，技術(shù)人員在地面屏幕中便可以清楚了解自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，一旦發(fā)生故障問題，直接啟動(dòng)功能按鍵，以更好的解決。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)不同狀況與參數(shù)情況，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問題，需要嚴(yán)格檢查維修，還應(yīng)增加人工操作環(huán)節(jié)，改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 語言信息控制要求

自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能要求包括溫度、濕度、控制等不同維護(hù)功能以及報(bào)警預(yù)警能力等，此系統(tǒng)可以及時(shí)檢查運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警，設(shè)備可以快速調(diào)查歷史信息與發(fā)生的問題，及時(shí)記載系統(tǒng)具體運(yùn)行情況，體現(xiàn)實(shí)際內(nèi)容與運(yùn)作方法。此系統(tǒng)還需要引入信息技術(shù)，根據(jù)膠帶運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況完成安裝，實(shí)現(xiàn)語言的自動(dòng)播放與實(shí)時(shí)聯(lián)系，可以進(jìn)行沿線報(bào)警。

1.3 顯示要求

地面監(jiān)督系統(tǒng)包括皮帶、煤倉以及給煤機(jī)等，可以及時(shí)搜集系統(tǒng)信息，記載、查找、動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，展現(xiàn)語言信號(hào)狀態(tài)與機(jī)械工作情況，以快速檢測(cè)問題的所在位置，確定類型，并給予解決方案。

1.4 通訊要求

煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)具備聯(lián)絡(luò)接口，可以實(shí)現(xiàn)智能化互聯(lián)，在同時(shí)容納系統(tǒng)與智能化設(shè)備的基礎(chǔ)上，將以太網(wǎng)接口與上位監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備互連，以此加強(qiáng)與監(jiān)控中心的聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整體監(jiān)控、整體調(diào)度。

具體整體要求見表1所示。

2 煤礦膠帶自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我國煤礦井下環(huán)境較為復(fù)雜，存在較多的工作崗位與聯(lián)絡(luò)環(huán)節(jié)，運(yùn)輸路徑比較繁瑣，礦井中存在三部膠帶運(yùn)輸機(jī)完成煤礦的運(yùn)輸工作，其中一條膠帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備長度為460m，運(yùn)輸速度為2.5m/s，另外兩條膠帶運(yùn)輸機(jī)長度為540m，運(yùn)輸速度為1.9m/s。為了進(jìn)一步提高膠帶運(yùn)輸機(jī)工作效率，工作人員應(yīng)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合礦井實(shí)際情況，設(shè)計(jì)膠帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

首先，計(jì)算機(jī)屬于整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在煤礦地面中，作為監(jiān)控主機(jī)，是整個(gè)自動(dòng)化控制的中心部件，可以在顯示膠帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，自動(dòng)化控制整個(gè)膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況。系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)、備用計(jì)算機(jī)等均屬于監(jiān)控主機(jī)。其次是CAN總線部分，煤礦膠帶運(yùn)輸設(shè)備控制系統(tǒng)利用CAN總線連接，安裝方式采用接插式，以保證簡(jiǎn)便開展自動(dòng)化控制系統(tǒng)的調(diào)試工作，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，減少系統(tǒng)維護(hù)環(huán)節(jié)，減輕工作人員的工作量。再次是驅(qū)動(dòng)器與傳感器部分，驅(qū)動(dòng)與傳感器一般采用KDK8類型，其中根據(jù)RS485型設(shè)備傳輸接口可以連接地面系統(tǒng)與控制器設(shè)備，保證控制系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。最后是信號(hào)聯(lián)絡(luò)裝置，為了實(shí)時(shí)播報(bào)故障與實(shí)現(xiàn)報(bào)警，煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)安裝設(shè)備信號(hào)聯(lián)絡(luò)裝置。

一般而言，煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行簡(jiǎn)單，操作便捷，后期維護(hù)量較少，且成本更低，通過在膠帶運(yùn)輸機(jī)中安裝自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與智能控制，提高了膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率，為煤礦企業(yè)贏得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，工作人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備及模塊情況合理設(shè)計(jì)，引入PLC技術(shù)，增加聯(lián)絡(luò)模塊，連接更多的網(wǎng)絡(luò)接口，運(yùn)用模塊保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，減少故障問題。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制后，還應(yīng)在系統(tǒng)中輸入膠帶運(yùn)輸?shù)绕餍敌畔?，利用CAN總線與以太網(wǎng)傳輸至煤礦井中，整合后在屏幕上投放信息，并根據(jù)相關(guān)邏輯構(gòu)成模式，以不同方式整合信息，直接呈現(xiàn)給相關(guān)技術(shù)員工。信息監(jiān)測(cè)功能主要通過全程模擬信息實(shí)現(xiàn)，并據(jù)此繪制設(shè)備運(yùn)行的圖形，保證信息的有效利用。變頻設(shè)備屬于膠帶運(yùn)輸機(jī)中重要的組成部分，可以通過準(zhǔn)確指令的獲得保證高效管理。工作人員可以通過開啟或關(guān)閉上位按鍵進(jìn)行控制，顯示變頻器設(shè)備監(jiān)控畫面時(shí)可以點(diǎn)擊狀態(tài)查詢按鈕，一旦變頻器出現(xiàn)故障問題，工作人員應(yīng)及時(shí)打開窗體與歷史圖，查找相關(guān)的位置信息，有效維護(hù)電機(jī)與皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況。

4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)具體應(yīng)用

4.1 應(yīng)用目標(biāo)

煤礦工作人員應(yīng)根據(jù)煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)應(yīng)用目標(biāo)，包括利用系統(tǒng)監(jiān)控全部設(shè)備的運(yùn)行情況、受到監(jiān)控室的監(jiān)控、利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)智能控制等，同時(shí)，還可以設(shè)計(jì)改變運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)問題精準(zhǔn)查找，更改控制方法，有效開啟、停止、復(fù)位、測(cè)試皮帶原距離。除此之外，還應(yīng)利用相關(guān)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號(hào)的播放、查找與報(bào)告，并將其與以太網(wǎng)連接。

4.2 應(yīng)用原則

為了及時(shí)傳播監(jiān)控信息，地面監(jiān)控室應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督，全面發(fā)揮自身的拓展能力。為了實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行狀態(tài)，工作人員應(yīng)升級(jí)改變皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況。由此看出，設(shè)計(jì)煤礦自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循安全、高效以及靈活等原則。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程

工作人員應(yīng)設(shè)置1臺(tái)PLC防爆設(shè)備、就地分站等工作面操作臺(tái)等，將管理中心防爆設(shè)備連接以太網(wǎng)，以此全面監(jiān)控地面操作室的運(yùn)行信息，保證遠(yuǎn)程控制設(shè)備可以在指揮中心控制下運(yùn)行。就地分站、指揮平臺(tái)上位機(jī)等屬于工作面監(jiān)控設(shè)備的組成系統(tǒng)，可以啟動(dòng)、關(guān)閉膠帶運(yùn)輸機(jī)，實(shí)時(shí)顯示問題數(shù)據(jù)與關(guān)鍵參數(shù)信息，以此控制運(yùn)輸機(jī)的安全運(yùn)行。具體而言，自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備以下幾方面功能。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)督，為了保證調(diào)度中心與工作面控制中心全程監(jiān)督煤礦井下的運(yùn)輸情況，工作人員應(yīng)搜集膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行信息，并將其傳輸至井上運(yùn)輸系統(tǒng)中。

（2）遠(yuǎn)距離調(diào)控，主要操控膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況，包括控制設(shè)備的開關(guān)、變頻設(shè)備等。比如煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控區(qū)與工作區(qū)應(yīng)統(tǒng)一控制，并采用遠(yuǎn)距離與就地控制方法。

（3）膠帶運(yùn)輸機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，不能互相干擾。當(dāng)前光纜屬于自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的介質(zhì)，聯(lián)絡(luò)網(wǎng)速較高，其他線路的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)速也可以達(dá)到數(shù)百兆，可以安全高效的傳輸信息。當(dāng)打開煤礦的監(jiān)控?zé)魰r(shí)，屏幕中會(huì)出現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的畫面，監(jiān)督膠帶機(jī)的運(yùn)行情況，打開時(shí)燈為綠色，關(guān)閉時(shí)燈為灰色，按鍵下存在屏幕，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。

4.4 故障處理

煤礦井下工作環(huán)境比較復(fù)雜，作為煤礦運(yùn)輸機(jī)的主要傳輸設(shè)備，其需要運(yùn)行較長時(shí)間，工作量較大，很容易在運(yùn)行期間發(fā)生故障。且通訊數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)傳輸膠帶運(yùn)輸機(jī)的所有數(shù)據(jù)信息，因此通訊數(shù)據(jù)也會(huì)傳輸控制命令，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成操作指令，且還可以在屏幕中顯示現(xiàn)場(chǎng)所有的控制狀態(tài)，展現(xiàn)所有報(bào)警情況。當(dāng)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障問題時(shí)，工作人員可以通過上位畫面查詢?cè)O(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，據(jù)此判斷報(bào)警故障類型，發(fā)生具體位置等，詳細(xì)排查后制定解決方案。

5 煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)安全管理

5.1 安全管理現(xiàn)狀

首先是管理人員缺乏安全意識(shí)，在煤礦開采期間沒有樹立安全第一的理念，且管理人員也并未重視膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的管理工作，存在僥幸心理，甚至不遵循相關(guān)規(guī)則操作，缺乏嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)安全規(guī)章制度。其次是維護(hù)人員的素質(zhì)水平較低，安全操作意識(shí)較差，操作技能并不達(dá)標(biāo)，甚至部分煤礦企業(yè)并未重視維護(hù)人員及司機(jī)的培訓(xùn)工作，無法及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障，引發(fā)較大安全事故。最后是沒有做好人員管理工作，煤礦企業(yè)沒有做好工作人員的管理工作，經(jīng)常發(fā)生頂崗上位問題，不利于實(shí)現(xiàn)安全管理，為膠帶運(yùn)輸機(jī)的使用埋下了安全隱患。

5.2 膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)安全管理措施

5.2.1 強(qiáng)化安全培訓(xùn)教育

為了進(jìn)一步提升煤礦企業(yè)員工的安全生產(chǎn)意識(shí)，煤礦企業(yè)應(yīng)強(qiáng)化安全培訓(xùn)力度，引入多樣化的培訓(xùn)方法，結(jié)合使用重點(diǎn)培訓(xùn)與業(yè)余培訓(xùn)、內(nèi)部培訓(xùn)與外部培訓(xùn)等措施，幫助員工全面掌握安全技能。期間尤其重視新員工的崗前培訓(xùn)工作，引導(dǎo)其掌握更多的專業(yè)操作技能，避免各種事故問題的發(fā)生。必要時(shí)還應(yīng)在人員管理期間引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，在選拔安全管理人員與運(yùn)輸操作人員時(shí)引入競(jìng)爭(zhēng)上崗方式，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)激勵(lì)措施，劃分員工工資等級(jí)，并實(shí)行崗位技能工資模式，不斷激發(fā)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)熱情，全面提高技能操作水準(zhǔn)。除此之外，煤礦企業(yè)還應(yīng)開展技術(shù)比賽等活動(dòng)，為獲勝者提供物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，調(diào)動(dòng)員工的參與積極性，增強(qiáng)安全責(zé)任意識(shí)，使其可以在工作中嚴(yán)格遵照規(guī)定操作。

5.2.2 建立相關(guān)管理機(jī)制

煤礦企業(yè)應(yīng)結(jié)合煤炭運(yùn)輸實(shí)際情況建立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理制度，綜合引入動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)控制等生產(chǎn)模式，在實(shí)際操作作業(yè)中，安全管理人員一旦發(fā)現(xiàn)操作人員出現(xiàn)失誤，應(yīng)及時(shí)糾正，并給予經(jīng)常犯錯(cuò)，改正態(tài)度不良的工作人員一定懲罰。同時(shí)，煤礦企業(yè)還應(yīng)建立設(shè)備安裝驗(yàn)收制度，嚴(yán)格管控運(yùn)輸設(shè)備購置、安裝、運(yùn)行以及驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，保證每臺(tái)設(shè)備均經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，符合相關(guān)技術(shù)要求，才可以被使用。

5.2.3 加快設(shè)備更新?lián)Q代

煤礦企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況，及時(shí)淘汰舊設(shè)備，并做好運(yùn)輸裝置的優(yōu)化與使用工作，避免引發(fā)安全隱患問題。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的安全運(yùn)輸，運(yùn)輸人員應(yīng)利用軟啟動(dòng)或變頻調(diào)速方法取代膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置。

5.2.4 引入安全技術(shù)措施

為了避免異物掉入機(jī)頭煤倉，應(yīng)在四周設(shè)置防護(hù)欄，在機(jī)頭段儲(chǔ)帶倉也應(yīng)安裝防護(hù)欄，設(shè)置安全防護(hù)罩。同時(shí)，機(jī)架應(yīng)加裝鐵板，并定期做好鐵板的固定情況。第二，膠帶運(yùn)輸機(jī)長度在100m以上時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)緊急停車按鈕，做好各重點(diǎn)作業(yè)段的管理工作。第三，煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)中的膠帶應(yīng)具備阻燃功能，避免堆煤、跑偏，防煙霧、防滑。對(duì)于向上運(yùn)輸?shù)哪z帶運(yùn)輸機(jī)，還應(yīng)增加逆止器設(shè)備，避免應(yīng)停車導(dǎo)致膠帶逆轉(zhuǎn)問題。第四，應(yīng)將清掃器安裝至膠帶運(yùn)輸機(jī)特定部位，并增加防護(hù)板進(jìn)行防護(hù)。運(yùn)行工作中，工作人員不得清理煤泥。更不得將調(diào)整機(jī)架與托輥更換，在有效維護(hù)時(shí)也應(yīng)與司機(jī)做好充分的溝通與交流工作，之后利用停電掛牌進(jìn)行維護(hù)。第五，將必要的灑水管道安裝至膠帶運(yùn)輸機(jī)中，增加三通閥門，設(shè)定合適距離，一般保持在5m左右，并將滅火器等滅火設(shè)備安裝至皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭，以實(shí)現(xiàn)安全高效運(yùn)行，為運(yùn)輸與采礦人員提供安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。第六，啟動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)前，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，確認(rèn)沿線沒有人作業(yè)后，才可以開啟。在多臺(tái)膠帶運(yùn)輸機(jī)控制時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，允許開機(jī)后，才可以開機(jī)。

6 結(jié)束語

作為社會(huì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，煤炭屬于十分重要的資源，當(dāng)前人們生活水準(zhǔn)不斷提升，對(duì)煤炭的需求量也逐漸增加，需要進(jìn)一步加大煤炭資源的開采力度。在礦業(yè)作業(yè)過程中，膠帶運(yùn)輸機(jī)作用十分重要，可以通過皮帶的運(yùn)輸有效運(yùn)輸煤炭。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸，煤礦企業(yè)還應(yīng)增加設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行。