煤矿带式输送机智能化控制系统改造设计及应用

燕鹏达

（晋能控股煤业集团王家岭煤业，山西 忻州 036600）

大运量、长距离、高带速的带式输送机在煤矿主煤流运行中的应用越来越广，带式输送机在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展。当前带式输送机的发展和应用主要表现在以下几个方面：（1）广泛地采用动态分析技术、机电一体化和计算机监控等高新技术；（2）电机驱动与中间驱动功率平衡下输送机变向运行等技术的应用；（3）CST、变频控制、液黏、调速耦合器等新型、高可靠性关键元部件的发展与应用；（4）控制系统采用高档可编程控制器PLC，应用先进的程序软件与综合电源继电器控制技术，以及数据采集、处理、存储、传输、故障诊断与查询等技术；（5）带式输送机装备有跑偏、打滑、急停、堆煤、烟雾、温度、自动洒水、撕裂、张力下降保护等机械电气安全保护装置。从煤矿带式输送机实践调查中发现，很多煤矿井下带式输送机仍采用传统的现场人工管理模式进行工作运行，自动化和智能化水平较低，存在严重的安全隐患，生产运输效率不高，必须进行升级改造[1-6]，以适应当前智能化矿山的建设。

1 改造前带式输送机状况分析

晋能控股煤业集团有限公司王家岭煤矿主运输皮带大巷布置在矿区西南方向，巷道在原20210回风联络巷与主皮带运输巷交叉处开口。主运输皮带大巷布置有西安重装蒲白煤矿机械有限公司生产的DTL100/100/2×280S（A）带式输送机，采用强力阻燃输送带，带宽B=800～1400 mm，长度L=100～3000 m，输送量Q=100～8000 t/h，功率P=30～1000 kW。

改造前该DTL100/100/2×280S（A）带式输送机状况分析如下：（1）开启及停止状况。主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机的机头位置都安排1 名专职司机负责设备的开启和停止；采用人工管理模式，在机尾位置向机头司机进行信号传递并进行指挥。从以往情况来看，人工管理模式自动化和智能化程度低，工作人员较多，劳动强度大。（2）保护系统状况。DTL100/100/2×280S（A）带式输送机在运行中，带式输送机沿线各类安全保护系统设置不完善，各保护系统独立存在，且没有接入到地面集中控制系统中，无法实现集中远程控制，安全隐患较大；该系统无法实现自动监测和自动停机，故障发生率较高，影响运输效率。

2 带式输送机智能化控制系统方案的设计

2.1 智能化控制系统结构设计

针对主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机的运行问题，进行智能化控制系统的改造设计。改造后，智能化控制系统核心部件为PLC控制系统。智能化控制系统核心部件为PLC 控制系统，该PLC 控制系统由上位机、PLC 控制站、各类保护传感器等组成。智能化控制系统由监控信息层、网络传输层、控制层和传感执行层组成。监控信息层，由地面主操作站实现，对带式输送机设备进行实时监控，并进行远程集中控制；井下网络传输层，由工业环网交换机及网络光纤组成，实现信息的实时传输；井下控制层，由控制系统对信息进行及时上传并根据信息发布动作指令；井下传感执行层，由安装的各类传感器对带式输送机运行中的速度、温度、跑偏、载荷等性能参数进行采集。

2.2 智能化系统功能分析

（1）系统控制功能：该智能化控制系统具有远程控制、就地自动控制、手动控制、闭锁控制、紧急停车等功能。① 远程控制：即由上位机远程控制主皮带机的启动、停止及紧急停车等；② 就地自动控制：若上位机出现故障，可通过开关直接由PLC 对主皮带机进行控制；③ 手动控制：当需要对带式输送机设备进行检修保养时，工作人员可在设备现场对各类保护功能进行临时手动控制；④ 闭锁控制：用于主皮带机与给煤等设备之间的闭锁，开机时应先开主皮带，后开给煤设备；停车时应先停给煤设备，再停主皮带；⑤ 紧急停车：设备在运行过程中出现事故时，可实现紧急停车，即同时把主皮带与其有闭锁关系的设备同时停车。

（2）连锁控制功能：与MST 控制柜、给煤机及其他皮带之间的联锁控制功能。只有带式输送机启动后，井下给煤设备才能工作，否则，给煤设备不能给煤。只有受煤皮带启动后，主皮带才能启动工作，否则，带式输送机不能输煤。系统与保护系统实现联锁，保护系统正常时，才允许启动，故障时，应报警或停机，实现速度的无级控制等。

（3）带式输送机在线检测的参数：检测2 台电机的电机温度6 个（电机预埋）、轴承温度4 个（电机预埋）；电机电流6 个、电机电压2 个；电机的工作状态；电控柜、MST 控制柜监控等。

3 智能化控制系统功能的实现

3.1 地面监控系统

王 家 岭 煤 矿 主 运 输 皮 带 大 巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机智能化监控系统主要由地面控制中心站、通讯接口、监控分站、上位机人机界面系统、监控系统软件等组成。（1）在地面控制中心设置有监控主站来对带式输送机进行智能远程集中监控；（2）在带式输送机驱动部设置监控分站，实现对带式输送机的控制、保护、监控与信号处理；（3）系统设置有信息传输接口，实现地面控制中心站与井下监控分站之间电气连接。

通过SCADA 软件可以对带式输送机的运行数据进行查看，数据曲线变化图如图1。

图1 带式输送机运行期间存储的数据曲线变化图

采用SCADA 软件可以调整带式输送机在操作界面上的操作参数，系统操作界面如图2。

图2 智能化带式输送机控制系统操作界面示意图

3.2 带式输送机PLC 控制系统

主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机智能化PLC 控制系统主要有集控室、控制器、电机开关、打点通信、载荷检测以及八大保护（闭锁、跑偏、速度、烟雾、纵撕、温度、堆煤、洒水）。该智能化控制系统采用S7-1500 型PLC 控制柜，用来对接收到的信息进行处理，并发布相关操作指令，控制设备动作。

4 应用效果分析

2020 年9 月—10 月，晋能控股煤业集团王家岭煤矿完成了主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机智能化控制系统的升级改造工作，从11 月起将升级改造后的智能化控制系统投入使用。结果表明：主运输皮带大巷带式输送机智能化控制系统运行稳定可靠，实现了主输送带运输大巷带式输送机的智能化集中远程控制，系统运行的稳定性和安全性较好。

（1）安全效益。智能化控制系统升级改造应用后，实现了主运输皮带大巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机的智能化控制、监视、监测、保护和管理功能，主运输大巷运输系统的安全性和可靠性大幅度提高。

（2） 经 济 效 益。 主 运 输 皮 带 大 巷DTL100/100/2×280S（A）带式输送机智能化控制系统升级改造后，可减少皮带机岗位现场工作人员4 人，可节约人力成本近45 万元/年。

（3）社会效益。智能化控制系统升级改造应用后，将以往人工管理模式摒弃，智能化和自动化的控制系统优化了带式输送机运行管理流程，是实现智能化开采工作面和智能矿山的基础。