自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用

2019-12-02张晓东

电子技术与软件工程 2019年18期

文/张晓东

煤矿井下皮带运输系统是整个煤矿生产过程中的重要能耗环节，直接关系到煤矿生产效益，进而影响企业竞争力。所以要将减少消耗的能源量、降低支出的能源成本作为目标，对煤矿井下皮带运输系统进行优化，将自动化控制系统应用其中。通过结合现代信息技术，可以保证煤矿井下皮带自动化控制系统顺利作业，实现生产效益。

1 煤矿井下皮带运输自动化控制系统的组成

煤矿井下皮带运输自动化控制系统的主要控制对象为主运皮带及采区皮带，并且还配置了皮带保护装置，以便能实时监测皮带的运行情况，通过综合分析皮带的运行情况、搭接情况等，在一定程度上减少输送带空转运行的时间，全面提升系统运行效率。目前，煤矿井下皮带运输自动化控制系统主要包括以下两部分：

1.1 保护装置

优先考虑的是系统保护装置的技术水平，依照实际的皮带运输效果来看，目前我国煤矿企业所应用的煤矿井下皮带运输自动化控制系统中，其保护装置所能完成的是一些基本操作，包括：防跑偏、防打滑、堆煤等，在运行灵敏性、安全性方面还有待进一步提高。要解决这一问题，就必须提高保护装置的可靠性，防止误动作发生，尤其要加强防纵撕保护。解决纵撕的一个重要方法是卸料口采用倾斜振动方式，这样能减少矿山下落的冲击力，使皮带受损几率随之减少。由于矿山都有棱角，会产生较大的摩擦系数，那么利用振动方式可以有效避免矿山刮卡现象，保证了保护装置的运行效果。

1.2 带式输送机

目前，带式输送机是煤矿井下皮带运输自动化控制系统的一个组成部分，并且国家实施“日产万吨综采设备”项目后，我国已经提高了带式输送机的技术水平，也研发了多种软起动和制动装置。带式输送机的优势是运行可靠、动力消耗低，主要的驱动方式有：异步电动机带限矩型液力偶合器驱动方式、异步电动机带CST驱动方式、异步电动机带调速型液力偶合器驱动方式、变频调速驱动方式。

2 采用煤矿井下皮带运输自动化控制系统的必要性

我国煤炭行业如今已经遇到了发展瓶颈，煤炭企业的经营状况惨淡，前景令人堪忧。从世界上其他先进采煤国以及我国神东矿区的发展经验来看，只有采用高新技术才能够保持传统煤炭工业的生产动力，以此来提升生产效率，为煤矿企业获得更大的利润空间，而皮带传输装置就是煤矿生产过程中一个不可缺少的设备，也是帮助煤炭企业走出当前困境的重要因素。

传统的井下皮带运输设备尽管被广泛应用于煤矿生产中，但是这种设备启动时电流较大、传动效率低，并且易老化，这给煤炭企业带来的不仅是增加运营成本，还将威胁到安全生产。由此可见，传统的井下皮带运输设备难以满足煤矿企业的发展需求。所以，需要采取自动化控制技术来改造井下皮带运输设备，使皮带运输设备实现动态化、智能化控制，促进煤矿开采作业整体效能的提升。

3 井下皮带运输自动化控制系统的特点

皮带运输自动控制系统主要应用电力电子技术来控制皮带传动速度等相关参数，实现动态化调节。而自动控制系统是通过采集传送带上所分布的负荷信号，将其传递至中枢系统后再进行分析，之后向调速电机传递出动作指令，从而对皮带运行速度加以控制。这种控制方式不仅能降低能耗，延长传动部件使用寿命，还提升了设备运行的安全性。概括来说，井下皮带运输自动化控制系统的主要特点为：

（1）利用计算机和多种传感器组成的工况检测以及控制系统,连续监控保护设备的各部分工况参数,同时所有的相关参数应由显示控件来显示。

（2）实现自动化控制。工作人员在工作站管理信息时，可以实现远距离访问、控制各分站机、合理的设备管理、及时采集数据并做好信息处理。在该系统中，网络实时监控是其中的一种结构，有利于完善其生产监控的性能。与此同时，在各环节生产运行中，其数据采集、传输和打印都具有实时性，并配合着工业电视系统来监视图像，使人员和设备都处于安全状态下，最终实现自动化控制系统和生产管理系统数据间的共享。

（3）具有通信联网的功能。煤矿井下皮带运输自动化控制系统在整个矿场自动控制系统中，其通信联网功能良好，并不是以“自动化孤岛”存在的。在计算机上有相应的通信接口或者通信模，通过双芯屏蔽通信线或者光纤，连接上其他设备，可以联动、交互、控制信息。

（4）人性化操作。皮带运输自动化控制系统设置了合理的控制界面，操作上也更趋于人性化，显示出的画面也很生动、形象，并且便于操作人员识别，进而使系统得到控制。系统的功能设置齐全，会及时显示和报告当前的运行情况，比如，运行工况、故障等。

（5）保护环节非常完善。将煤矿安全规程规定的传感器及装置接入到皮带机保护分站，采集皮带机的运行信息。还针对启动、停止、故障等动作设定了语音提示、报警信号等。

4 自动化控制在煤矿井下皮带运输系统中的应用

4.1 控制运输过程

对于煤矿井下皮带运输的控制来说，自动化控制系统主要采取的是手动控制及自动控制两种方式，自动化控制系统可以有效保护井下皮带运输设备。一般来说，井下环境会影响到长距离皮带运输，所以可能有部分故障随之出现。由于自动化控制系统中不止是设置了传感器，还有一定量的保护开关。所以一旦在皮带运输设备的运行中发现故障，那么通过利用故障地址识别技术，可以识别闭锁、跑偏等保护开关动作，相应的信息会经过传感器传到自动控制系统，控制器分析完信息会有反馈指令发出，设备就停止运行，并反馈相关信息到控制中心，控制中心接收到故障信息后，根据实际的故障信息数据，可以做出有效处理。排除设备的当前故障后，控制器再次发出运转指令，使设备又正常的开始运行，这就能避免安全事故发生。此外，当煤矿井下皮带运输设备的运行处于正常状态时，工作人员只需手动启动电控开关就能按预设程序对皮带运输设备进行操作控制，全局控制由控制中心完成，由此促使自动化操控得以顺利实现。

除了上述外，在皮带运输时，还有一个常见问题——温度问题。运输机经过长时间运载负荷，会有热量产生，进而就提高了电机温度。电机温度一旦高于某临界值，那么传输系统的工作状态会受到影响。在自动化控制系统中，会有一个热电阻装置被置入到电机内部。借助该热电阻装置，可以将电流信号转变为温度信号，对温度进行实时监控。当电机有过高的局部温度时，控制中心会自动停车，保护电机不受损，降低损失。

4.2 远程操作控制

煤矿井下皮带运输自动化系统实现远程控制，主要有开车和停车两种，开车前会做准备工作，以保证开车运转正常进行以及生产安全。操作员应该对所需要负责的机组设备做安全检查，经检查结束后，作业和系统控制员之间的信息传递要及时完成。皮带自动化系统有三种运行模式：全运行模式、分运行模式、应急运行模式。对系统主站和分站做同一时间启动就是全运行模式；分运行模式则是系统主站和分站不统一运行，各分站按各自模式来运作；应急运行模式是在系统运行中做相应的应急处理，所以就会发生急开急停情况。“逆煤流启动、顺煤流停止”是开停所遵循的一个原则，由主机对各分站机进行控制，并且有利于提高煤矿井下皮带自动化控制系统的运转效率。

4.3 检修操作控制

如果是在煤矿井下放置了生产机械设备，那么日常检修和维护就是必不可少的环节，这也是煤炭企业生产中的一个重要内容。以检修对象为依据，来划分设备检修和系统网络检修，而以其运行状况作为划分标准来区分开车检修和停车检修。在检修操作时，为了保证做到科学检修并顺利排除故障，必须要结合系统故障和人工检测来完成。当检修结束后，再做相应的系统调试，将现有故障彻底解决，促使煤矿井下皮带自动化控制系统可以正常运行，煤矿的生产效率也能在此基础上得到提高。