矿井下皮带机集控的创新设计及应用

梁代军

（山西煤炭运销集团忻州分公司三百子煤业，山西 忻州 036704）

引言

目前矿井下皮带机集控系统工作流程并不十分完善，距离实现进一步自动化控制和通信还存在一定距离。矿井皮带机控制方式不能实现自动化和信息化主要受现场总线技术、PLC控制技术、工业以太环网技术、上位机技术、工业组态软件等技术的影响，因此需要改造电控系统，完善和优化现有矿井下皮带机集控。机房管控服务器的重要环节是将太环网与矿井下皮带集控中心计算机相连接，以保障重要参数和控制信号收集与传达。矿井下皮带机集控的创新设计技术的实现需要通过提高矿井皮带机地面集控控制与运行机制，这样既能提高皮带运行的安全可靠性，又能实现皮带的远程自动化控制，精简机集控操作人员数量，提升生产效益。本文选用某矿井作为主站，以另一矿井作为分站组成的矿井下皮带机集控控制系统，通过主站负责通信和分站负责分工进行实时调度。在网络设计方面采用创新型两层通信网络，不同分站的可编程控制器通过现场总线连接到主站，主站又通过太网通信模块与上位机PC机进行通信［1］。同时，分站在控制硬件模块中扩展了新型模拟量输入技术和通信技术装备，主站则扩展了太网通信模块设备。在机集控软件设计上同时进行创新设计，有效保障皮带机集控的启停控制和故障检测控制，及时修复故障检测程序失误和实现故障停机保护。从矿井皮带机集控的硬件设备和控制软件进行创新设计以更好推动矿井产业生产效率的提高和发展。

1 皮带机集控运行的问题

1.1 皮带卧式延伸转载机总体效益不佳

矿产安全生产过程中，开采系统的重要环节是矿井下矿物的转载，由于矿物中原煤、矸石和岩石的体积大、质量重，使得矿井下转载系统存在着不能连续装载的难题。首先，目前多数矿井下皮带机集控设计条件有限，原装载机械的部分系统安全系数不科学，硬件制造材料消耗及使用不符合节能环保的时代主题，造成一定程度上的资源浪费和污染。其次，矿井下机械结构设计不合理，皮带卧式延伸转载支撑车部各零部件、部件的组合存在不合理之处，有待优化设计。如Pro／Engineer三维软件中建立煤矿井下皮带卧式延伸转载机支撑车车体的模型，支撑车的三维模型在尚未导入ANSYS时，其有限元的静力支撑车体力度不足，在分析验证了原支撑车车体的初始设计才能很好地满足其工作需求［2］。再次，在本支撑车的初始化设计结构与材料上，目前国内矿井下机械绿色设计水平较低，通过分析ANSYS软件对优化后的支撑车车体进行动态分析与疲劳校核，得知支撑车车体前六阶的固有频率和振型不符合科学数值要求，响应值的频率的变化曲线和车体疲劳累计系数较大，说明支撑车体动态特性缺乏稳定。因此，需要改造皮带基地面集控制运行监控，以此来增强皮带机运行的安全可靠性，使矿井实现安全、高效自动化无人值守运作，达到增效减员的目的。

1.2 传送感应器采集信息不及时

目前矿井产业朝着大型化、现代化、连续化和智能化的方向发展，开采程序与工艺更为复杂化，连续化开采难度不断增大。矿井下开采区皮带运输系统环境恶劣，危险系数高，若运输制作材料不佳或监控不到位，易发生安全事故。故此，矿井下的机集控传感采集信号的快速传达至可编程逻辑控制器十分关键，若发生故障，PLC通过执行用户程序及时实现停机保护，以保障皮带机安全。PLC分析故障信息并传输出具体参数，对现场工作状况实时监控和记录，实现操机人员与运行机器对话十分重要。然而若要形象生动地将图形界面直观展示出来，还需嵌入组态软件MCGS屏，以控制上位机的监控界面，以此来改善目前难以实现的人机接口操作［3］。

2 解决矿井下机集控创新设计的问题

2.1 设计研发新型矿用履带式移动皮带输送机

皮带机集控运输机通过电机驱动，它采用的制作材料对保障运输安全快速具有重要影响。质量问题容易导致打滑、断带、划伤、过载、联轴器断开等故障问题的产生，甚至出现压矿的严重后果。故此，在针对连续性传输设备的桥梁质量问题下，研究和设计出应用性强的履带式移动皮带输送机十分必要，既能解决目前矿井下皮带机集控优化问题，又能弥补国内市场空白。履带式移动皮带的设计可满足5 000T／d熟料生产线，实现连续性开采，提高生产效率。与传统的矿产开采相比，履带移动式功能更为强大，在将矿山开采爆破后的矿石破碎至300mm以下的粒度［4］，履带移动式可实现全程皮带运输，很大程度上实现机械自动化操作，减免了输送全程的人工监工数量，同时避免了因运输不平稳而导致的矿物粉尘掉落而引起的污染和浪费，在设备采购与土建基础方面节省了大量资本，并减少了运营费用，如汽车燃油费、司机等员工费等等，提高了社会效益与经济效益［5］。

2.2 创新矿井下皮带运输监测软件设计

皮带运输机故障是制约矿产高效开采的瓶颈，提高矿井皮带运输系统故障监测监控能力，如对皮带速度、电机转矩、皮带跑偏、电机温度、皮带纵撕、皮带起火、煤仓堆煤的特征进行分析，可有效预防故障的发生。矿井皮带监控软件的设计注重信号处理单元的优化设计，对皮带运输的传感器采集信号进行整形、放大、转换和计算，操机人员可通过视频监控系统、语音传达系统实现对整个矿井下皮带运输系统的监控，若皮带出现打滑、断带、过载、联轴器断开等故障，监控系统在最短时间内进行自动监测和识别，并以光、声的形式进行报警，形成一个完整的操作、调度的监控网络，对矿产产业安全高效生产具有巨大的实用价值。

3 结语

本文根据分析目前矿井下皮带机集控运行状况下各类问题，如皮带运输材质的优劣对运输造成的安全与效率问题，运输过程的监控问题，监控软件的创新设计问题等，根据已发现的问题寻求解决对策。主要从采用新型的履带皮带、创新设计新型系统化的监控软件来实现矿井产业的高效发展，以推动我国矿产资源“绿色健康”发展和我国社会经济的繁荣。

［1］ 王鹏.井下皮带机常见故障与处理技术分析［J］.电子制作，2013（13）：194.

［2］ 王建宇.矿井皮带机系统故障调度应急预案［J］.科技创新与应用，2013，33：116.

［3］ 赵偲.皮带机中滚筒筒体修复技术及使用效果［J］.科技资讯，2012，22：84.

［4］ 谢金赐.浅谈矿井运输中皮带机运输启动方式［J］.科技创业家，2013（10）：83.

［5］ 王玉兰.设计P－800型皮带机技术说明和经济效益分析［J］.科技致富向导，2011（15）：276.