煤矿井下胶带机智能化精确控制研究与应用

周 琛，杨再君，张国庆

（兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东济宁 272100）

0 引言

目前，胶带输送机、给煤机已成为原煤运输过程的重要运输设备，设备的集中控制、高效、安全、无故障运转成为提高原煤运输效率的主要方式。传统的胶带机集控方式，均为现场设置岗点操作人员，独立控制每条胶带的启停，系统分散，控制的灵活性差，且各胶带驱动设备的配置均有明显差异，造成人员设置臃肿、劳动强度大、系统运行效率低、故障处理速度慢、沟通效率低等问题。操作不当，甚至会引起设备损坏及人员伤亡。因此，通过智能化建设，实现胶带机的集中控制，就显得尤为必要。

本文从兖州煤业鲍店煤矿井下胶带集控系统的实际情况出发，通过现场胶带机设备配置情况，参考国内胶带机集控主流改造方式，从需要实现的功能出发，制定了一套适合鲍店煤矿胶带运输的精确控制系统。

该系统主要包括PLC 集控系统、永磁电机加变频器控制系统、产品均衡系统、专家智能决策系统、手机APP 系统、设备点检系统等。

1 系统实施

1.1 调度中心

监控中心设置在地面集控室内，通过工作站安装的集控操作系统实现对井下胶带机、给煤机的远程控制及监测。控制系统的操作和监视均采用计算机操作方式，上位机组态监控选用GE公司的最新实时监控组态软件IFIX5.8 平台。

1.2 胶带机、给煤机集中控制系统

胶带机、给煤机集中控制系统主要实现对井下14 条主运胶带机和给煤机的控制，包括控制胶带的启停、给煤机的启停、变频器运行数据的监测监控等。

井下胶带采用永磁电机加变频器的驱动方式，采用三电平永磁伺服变频控制器对井下输送机进行控制，实现了变频器单机启动胶带机时的煤量自动调节功能，实现了变频器多机启动胶带机时变频器之间的自动调节功率，达到了功率的动态平衡。同时胶带机机械部分采用热浸锌机架，保证了机械性能的稳定。胶带沿线托辊全部采用高分子托辊，具有轻便、耐磨、不粘附物料、与胶带的摩擦系数低、自润滑性等优点。高分子塑料托辊能延长胶带使用周期、节省能源、有效改善井下工作环境。

井下每条胶带配置监控主站、给煤机配置分站，实现设备的监控控制。

井下每条胶带机控制处分别安设矿用隔爆兼本安型可编程控制站，实现了对胶带机设备的集中控制；地面集控系统实时显示胶带机设备的运行数据，并及时对胶带机现场故障点做出预警、报警，并形成历史记录，便于查阅故障记录，及时排除现场设备隐患。

集控系统以PLC 控制为核心，将上位机、PLC 控制站、胶带机保护传感器等进行资源整合，组成监测监控系统。

集控系统总体结构分为数据感知层、PLC 控制层和操作监控层3 层结构。

第一层：操作监控层。主要组成部件：集控平台开发维护工作站、组态监控操作工作站、工业以太网交换机等；各胶带机控制子系统将采集到的设备运行数据，通过以太环网上传至地面工作站，由工作站提供数据的调用。

第二层：设备控制层。主要由西门子PLC 控制系统组成，采用主站+远程I/O 模块结构，通过以太网接入设备控制层，上传设备运行信息并执行控制指令。

第三层：数据感知层。主要包括胶带机的沿线闭锁、跑偏、速度、堆煤、煤仓煤位、温度等传感器的参数及数据监测。

1.3 图像监控系统

每个转载点、给煤点、煤仓上下口、驱动部、机尾滚筒处安装高清摄像仪，并且在地面进行录像存储；图像监控信号，布置百兆光纤进行传输，视频监控系统与胶带机控制系统网络分开。

1.4 语音预警联动

胶带机道沿线安装扩音电话用于语音报警，作为胶带机的联动预警装置。

1.5 产量均衡系统

为高效率完成煤矿日常生产，系统从“煤仓煤位均衡”和“总产量均衡”两个方面进行煤流产量均衡控制策略。在煤量不均衡的情况下，及时发出系统预警，通过过煤量及煤仓存煤量，及时调整胶带机、给煤机的启停及运速，确保整个胶带运输系统的安全、高效、经济运转。

1.6 专家决策系统

系统首先对胶带运输系统进行分解，分为机械和电气两个大类。根据类别不同，通过系统进行分类管理，对机械及电气部分指定对应的检修维护周期、报废周期、日检修内容、周检修内容、月检修内容和年检修内容。系统根据设置的周期自动预计提醒检修内容，同时可以打印生成检修清单，方便人员检修。

针对胶带机运行过程中出现的故障问题，及时进行闭环跟踪，跟进隐患处理进度，保证集控系统的安全稳定运行。通过胶带机运行数据的采集、统计、分析，形成胶带机运行、检修、更换等统计表，以详实的技术数据做好胶带机安全运行的技术支持，对可能存在的故障问题提前预警，预知性维护胶带机设备，降低胶带机出现故障的风险。

1.7 智能APP 系统

在胶带机道沿线建立无线WIFI 基站，在手机上安装客户端软件，将胶带机的启停、故障查询、视频监控等操作移入客户端，从而达到现场人员发现胶带机的问题后，可以及时停车，故障处理完毕后迅速开车的效果，减少胶带机故障停车时间，提高运行效率。系统主要依托于已建设的胶带运输自动化系统，使手持移动终端设备可通过无线网络读写胶带运输系统运行参数。

1.8 设备点检系统

根据井下胶带机的现状、需求，特别定制设备点检管理系统。通过集成点检仪采集设备的状态数据，将采集的设备运行数据与设备身份识别码关联，导入点检系统，实现胶带机的设备点检、故障发现及处理、统计分析全过程智能管理，加强故障处理情况监督，提升企业管理水平。

设备点检系统主要由设备点检、生产管理、数据集成等部分组成。

2 智能化精确控制系统主要优点

2.1 社会效益

（1）提高安全保障能力。通过提升井下胶带机现场装备水平，实现胶带系统的远程集控操作，减少岗点人员，将富余人员补充至检修人员队伍中，保障胶带机及人员安全。

（2）改善煤矿员工的生产条件，提高煤矿社会地位。智能化精确控制系统的建设，大幅降低了矿工的劳动强度，由原来的粗放型生产模式向精细化生产模式转变。工作方式的改变，必将促进员工形象的转变，从而提高煤矿社会地位。

（3）节能减排、实现本安煤矿的目标。智能化精确控制系统的建设，必将提高胶带机系统运行的安全可靠性，可实时监测胶带机各设备的运行数据，实现对设备的实时动态管理，以科技保安全，成为实现本质安全煤矿的有效途径。

（4）提高员工的整体素质，促进社会进步。随着胶带集控系统智能化水平的不断提升，对井下职工业务技能水平的要求也随之提高。新设备的使用、工作环境的改善，必将改变煤矿工人“黑大傻粗”的企业形象，锻炼一批熟练操作、维修新胶带集控系统机的职工，提升企业的整体水平。

2.2 经济效益

（1）减岗效益。矿智能化精确控制系统，真正实现了胶带岗点的无人值守，生产效率大幅度提高。

（2）节能效益。智能化精确控制系统改造后，通过实时煤流监测，采用顺煤流开机等方式，减少了胶带机的空运时间，降低了胶带机、给煤机等电气设备及托辊、机架等机械设备的磨损，大大提高了胶带机的运行效率及稳定性，降低了电能的损耗，实现了节能降耗的工作目标。

3 结语

智能化精确控制系统适合于当前煤矿企业对原煤运输系统智能化改造提升的需要，胶带集控系统与监控系统、监测系统等融合在一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个井下运输系统的远程监控。智能化精确控制系统的完成，提高了原煤运输的生产效率，降低胶带运输系统的事故率，减少胶带机的故障处理时间，减少胶带机现场操作人员的数量，提高了胶带机整体的经济效益，为煤炭企业实现高产高效、减人提效、安全生产的目标提供了技术保障。