煤矿井下带式输送机自动化控制系统设计

张朋

[摘    要]现阶段，经济不断发展，资源利用效率提高，煤矿产业不断发展，规模扩大，在生产过程中需要利用多样化的运输设備。其中带式运输机是其中较为重要的部分，在煤炭实际运输中占据不可替代的角色，这一运输设备的运行安全性与稳定性对煤炭开采效率具有直接影响。伴随现阶段煤矿开采工作量增加，开采难度也随之提升，运输设备的应用质量也有了更高的要求。通过对煤矿井下带式输送机自动化控制系统设计进行分析，结合实际自动化运输现状，提出相应的措施，促进新型化自动化系统有效控制。

[关键词]煤矿井;带式输送机;自动化;控制;系统

[中图分类号]TD634.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]At this stage， the economy continues to develop， resource utilization efficiency is improved， and the coal industry continues to develop and scale. In the production process， it is necessary to use diversified transportation equipment. Belt conveyors are an important part of the actual coal transportation. Occupying an irreplaceable role， the operational safety and stability of this transportation equipment has a direct impact on the efficiency of coal mining. With the increase in coal mining workload at this stage， the difficulty of mining has also increased， and the application quality of transportation equipment has also become more demanding. Through the analysis of the design of the automatic control system of the coal mine underground belt conveyor， combined with the actual situation of the actual automatic transportation， the corresponding technical application measures are proposed to promote the effective control of the new automatic system.

[Keywords]coal mine; belt conveyor; automation; control; system

现阶段，煤矿自动化水平不断提升，在实际煤矿开采作业中，对带式运输机的自动化水平也有了更高的要求，提高生产效率同时，也要重视生产的安全性。由于井下使用的带式运输机控制设备主要应用隔爆或者是防爆设备，因此安全性能较低，在控制设备使用中安全性逐渐受到人们的重视。目前技术水平提高，现场总线于自动化系统中的应用范围不断扩大，其对控制设备数量以及相关成本具有积极作用，在带式运输机的设计以及制造过程中发挥重要作用。带式运输机在实际应用中，较为常见的问题是空载运行时间长以及频繁的重载启动，在工艺流程不断优化之后，使用自动化技术可以有效解决这一问题。

1 带式运输机的故障概述

煤矿生产过程中，其开采环境复杂，并且运输机设备的使用质量较大，开采强度在增加同时，实际运输过程中出现更多问题，故障出现对生产安全性具有较大影响，分析以往故障类型，主要分为以下几类：

（1）皮带跑偏问题，这一问题的出现较为频繁，在所有故障类型中较为常见，占比较大，主要问题是皮带的中轴线与支架中心并不在同一条直线上，有可能是工作人员安装失误造成，也有可能是在长时间运行皮带偏离位置，会造成皮带撕裂，缩短使用寿命，较为严重的情况会造成皮带支架坍塌。

（2）皮带出现堆煤情况，运输机长时间撒料形成，运输机出现撒料现象有可能是皮带偏离位置或者是皮带出现长期悬空引起的。

（3）皮带打滑情况，皮带打滑主要是指在实际生产工作中，出现张力不足的情况，造成皮带原地滑动情况，出现这一现象原因有可能是绞车的拉力不足或者是配重方式不一致。除此之外，驱动滚筒表面出现胶片磨损也会造成摩擦力不足，进而出现皮带打滑的情况，这一过程中，皮带驱动滚筒表面温度会急速增加，皮带会出现难以修复的损害。

（4）皮带出现撕裂情况，出现这一问题主要是由于运输机在长时间运行中其处于长期工作状态，表面保护胶皮产生磨损，强度下降，皮带本身的拉伸强度难以保证，因此出现撕裂情况，在皮带出现撕裂或者是断裂的情况，煤炭实际运输进度会受到影响，严重情况下会出现人员伤亡情况。

2 自动化控制系统分析概述

在我国某些区域使用的煤矿井生产能力较高，使用的带式运输机主要参数为机长2 500 m左右，在实际生产中使用3台以上主电机驱动，运输能力显示为2 500 t/h，并且运输机满级速率为3.55 m/s。使用的辅助设备有减速器以及除铁器等。控制系统主要将某一品牌控制器作为主控制核心，使用嵌入式操作系统，集成显示器以及上位组态软件，属于一种可编程自动化控制器。这一控制器的使用优势较为显著，光纤通信功能强大，可以实现井下光纤环网的直接连接，集成部分主要是井上的井控中心。控制系统中主要设置两条总线系统，作用是连接带式运输机的供电开关设备以及传感器，还有一条总线作用是连接后监视以及控制配套设备。

3 系统中主控制器的网络化配置分析

井下网络主要是利用井筒内部设置的光缆连接到井上的核心交换机，井下网络使用环形冗余结构。带式运輸机在实际使用中，其系统中的主控制器需要利用光纤连接到网络交换机上，保持最近距离，主控制器的使用需要使用光纤冗余方式连接，以提高通讯功能使用稳定性。

总线系统选择Promos系统，这一系统中有安全回路部分、语音对讲部分以及数据通信部分，可以划分为三大板块：

（1）安全回路语音通信以及数据线三个板块在一条控制电缆中。

（2）电缆控制使用的是钢丝铠装电缆，强度较高，这种电缆的使用同时可以发挥拉绳的作用。

（3）钢丝强度高的同时也会有较好的信号屏蔽作用，以提高总线的抗干扰性能，总线系统的应用需要在外部设置一层专用屏蔽层，以对总线系统的抗干扰能力实现有效提升。

这一总线系统应用本安电路设计方式，在控制电缆作为插接接头过程中，可以保证井下安装工作、维护工作等，总线设备使用具有简易性，生产效率极大提升。

3.1 安全回路分析

在总线系统中，安全回路部分，带式运输机使用的系统设备数量较多，控制距离相对来说较大，在事故出现时，可以保证带式运输机在系统任意位置上均可以在最短时间内停机，暂停相关设备的使用。基于PLC控制系统的应用，带式运输机系统中，基本是利用串联拉绳急停开关对继电器进行驱动，以发挥急停功能。使用这种控制方式有优势，但也存在弊端，在输送机的运输长度超多一定数值，需要提高电压，以控制电缆的压降，保证继电器两端部分不会低于最低的动作电压。在井下运作时，需要使用防爆或者是隔爆拉绳急停开关，禁止使用电压较低的本安拉绳急停开关。系统在实际应用中，利用新型化的安全回路方式，本安电路本身带有独立微控制器，在电路上与安全回路使用具有一定差异性，前提条件为12 V的控制电压，需要在这一控制电压上增加一个频率信号，在这一影响下，可以保证带式运输机在长时间运行之后可以利用这一数值的本安控制电压接受运行沿线的任何一个急停开关，受暂停与接通信号控制。

3.2 语音通信功能分析

在语音通信功能中，主要划分为语音对讲、语音广播以及语音设备三个部分。

（1）语音对讲部分，在带式运输机实际运行中产生故障时，相关维修人员需要及时到达现场了解情况，在未能及时实现通信情况下，对带式运输机整体运输效率会产生影响，使用语音对讲功能可以有效解决这一问题。井下煤矿作业中，输送机系统的应用需要间隔100m设置语音对讲设备，并且通过其中一个设备沟通时，其他语音设备会发挥扬声器的作用，有效播放语音，可以在最短时间内实现带式运输机的实时对讲功能，解决运输机故障问题。

（2）系统中的语音广播功能，一般情况下煤矿生产过程中出现较为严重的事故，人员在这一情况亟需紧急撤离，地面工作人员经常是通过电话拨号或者是呼叫通知，希望现场人员可以尽快撤离。但生产过程中，矿山企业具有的特性影响，不能保证每名井下施工人员都有通信工具，会造成一部分工作人员难以接到通知，置身危险中，对其人身安全造成影响。在发生突发紧急事件时，需要工作人员尽快撤离，地面控制中心工作人员可以利用语音广播功能，在井下重点风险防范区域使用扩音喇叭装置，有效疏散施工现场，保证工作人员可以在最短时间内撤离危险区域，降低灾害救援过程中出现的次生影响。经过总线系统的应用，可以将对讲设备中的语音信号连接到主控制器中，经过控制器处理之后，可以通过网络信号的形式，散播到施工各个位置。因此，这一功能的应用仅仅需要在指挥控制中心安装语音设备，即可实现广播功能的有效应用。

（3）一部分是语音设备有效应用，实现与IP电话的有效连接，针对总线系统中语音通信支持功能，签订相应的信令控制协议，可以用于多种对话环境中，可以是多媒体会议或者是IP电话会议。使用这一功能可以进行多种混合体方式进行通信。

4 带式运输机监测调速方式分析

结合相关研究数据以及现场施工经验，带式运输机使用过程中上料物流稳定性以及质量分布均匀性得以保证，其输送机系统耗电情况也会优化，逐渐降低。经过输送机实施上料状态分析之后，不断调整输送机的运行状态，保证其合理性，与此同时也可以提高设备运行能效。输送带上物料产生的瞬时流量，是较为重要的参数数据，获得这一数据也是技术应用核心部分。现阶段带式运输机基本是使用皮带秤或者是核子秤等设备，在采集相应信号之后，会将这一数据回传到控制室中，管理人员在实际决策过程中也会有数据支持。不同的设备在实际使用中针对性不同，结合实际期望获得的效果，选择合理的监测工具设备。

5 结束语

保证带式运输机在煤矿井下运行的稳定性与安全性的技术较为多样，主要有微控制器技术或者是计算机技术，由多种技术构成自动化控制系统，可以实现运输机设备系统全面监测，针对出现不同的故障，进行合理故障预警以及保护措施，使用上位机监测软件，可以发挥远程监控功能，这一自动化控制系统在实践活动中经过测试，应用效果较好，对煤炭运输效率提高具有积极作用，同时也可以降低运输设备的故障风险性。

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