煤矿带式输送机智能化控制系统的改造设计

程伟

摘  要：当前的带式输送机控制系统发展迅速，已实现信号检测、动力传动以及程序控制等智能化目标。本文通过分析煤矿带式输送机控制系统运行现状，提出控制系统运行期间存在的问题，并从软、硬件两方面提出如何智能化改造设计带式输送机控制系统，将改造设计后的智能化控制系统用于实践，结果显示，所设计的系统工作稳定可靠，完全可以实现对矿井下带式运输机集中、遥控监测的目标。

关键词：智能化；煤矿；带式输送机；控制系统；改造设计

近年来，我国煤矿行业运输系统逐步向自动化、智能化方向发展，作为煤矿运输的一个重要设备，带式输送机的智能控制技术会对煤矿高效、安全运营产生直接影响。当前的带式输送机控制系统发展迅速，已实现信号检测、动力传动以及程序控制等智能化目标。但有的煤矿带式输送机控制系统表现为独立运行状态，无法实时监测输送机运行数据，而逆煤流启动运行会使搭接输送带出现空转的情况，能耗较高，还会影响煤矿运输效率[1]。这就需要对煤矿带式输送机控制系统实施智能化控制，以达到节能降耗目标。

1.煤矿带式输送机控制系统现状

现阶段，国内外企业先后提升了带式输送机的技术水平，逐步实现自动化控制目标，安全性能和工作效率均得到显著改善。目前的煤矿带式输送机已经基本达到自动化水平，煤炭行业也有了更多的新型装备，但运行期间依旧存在一些问题，主要表现为[2～3]：

首先，尽管皮带输送装置的控制方案进行了改进，但是该装置的控制功能比较单一，仅具有自动和起动的作用；当发生重大故障时，监测系统不能及时发出警报，难以保证人身安全和装置的正常工作。

其次，带式输送机在运行过程中，往往会出现不正常的震动，这是一种难以被监测的现象。当出现过大的振幅时，将对控制器和传送带的工作产生不利的影响。

最后，皮带机的控制一般采用 Ethernet通讯方式，它具有通讯方式简单、数据和信号传递的特点；在皮带机运行过程中，由于受到外部磁场的干扰，使其控制精度降低。

分析以上问题可知，若要缩小国内外带式输送机控制系统差距，不断提高控制系统的精度与性能，关键在于优化完善控制系统，设计具有更高智能化的带式输送机控制系统。

2.煤矿带式输送机控制系统的智能化改造设计

针对煤矿运行现状，带式输送机的控制系统智能化升级由传感器、地面疾病预防控制系统和矿井下控制分站等元素共同构成，带式输送机控制系统可以随时监控煤矿中的重要操作参数，还能安全设定带式输送机起止与闭锁功能。通过Ethernet通讯方式，远程控制带式输送机，同时为了提高皮带传动装置中信号传递的可靠性，选用了防爆装置和 PLC组成的元器件[4]。通过数据交互，对各个子站的逻辑进行了及时的调节，从而达到在煤流方向上密闭作业的目的。本智能技术的升级方案是一个开放的架构，方便以后的维修保养。具体见图1。

3.硬件分系统改造设计

对皮带输送装置进行智能控制的硬件进行改进与设计，重点是对其进行分区及监控传感器的选择，以便对其进行精细的控制。

3.1可编程逻辑控制器改造设计

本文选用的是矿井下可编程序控制器的子系统，其机型为SIMATICS7，系统结构选择模块化，所配备CPU模块功能強大，可有效适应煤矿带式输送机的自动化控制要求。选用S71200系列 PLC，使其运行速度更快，抗干扰性更好，能为系统可靠、安全运行提供保障。

3.2井下控制分站的改造设计

在地面上实现矿井带式输送机的集控应用，并做好主副功能分区，以确保带式输送机在矿井下能保持持续工作状态。其中，主站的作用是接受并调整从各个分站发来的消息，经过对这些数据的处理，让地表的 PC机能够将所传送的信号进行实时的展示，方便掌握矿井下带式输送机的实际工作状况[5]。每个皮带运输机的各个分站都具有各自单独的控制系统，在发出了相应的控制命令之后，就可以对皮带机的工作状况进行实时的监控。通过这种结构的改进，能够实时监测带式输送机实际运行情况，煤矿特定地下控制分站的构造如图2所示。

3.3关键传感器选型的改造设计

日常应实时监控带式输送机运行温度、速度以及煤仓煤位，确保煤矿带式输送机达到安全运行目标，基于测试要求，采用最佳传感器。一系列装置内部，通过GUL70液位传感器监控煤仓，GWP200温度传感器监控带式和驱动滚筒温度，GDB20振动传感器检测滚筒、减速箱以及电机等相关装置，GSG.5转速传感器对传送带的滑差与转速进行实时监控，同时对皮带张力进行实时监控，GQQ5型盐度计对皮带安装过程中产生的烟气进行监控，GEJ35/45跑偏传感器进行带式输送机运行期间胶带跑偏与否的实时监测，GVD300则用于撕裂保护传感器，XLLS-1双向拉绳开关用作急停开关[6]。以上传感器是控制系统对输送机运转参数进行实时收集的关键依据，必须符合收集带式输送机运行参数的需求，保证向带式输送机控制系统传送真实、可靠的参数信息，同时还要对参数做出数据化分析，以达到智能化控制带式输送机的目标。

3.4输送机视频监控模块的改造设计

若想确保带式输送机控制系统满足智能化控制需求，关键在于将图像监控模块置入控制系统内部，借助该模块达到智能化控制需求，便于操作人员远程监控带式输送机运行情况。目前，本设备的主要部件是KBA116A型防水图像处理设备，它不仅质量较轻，体积小，并且还具备很好的抗湿能力。模块中包含了故障报警和识别的功能，能够对带式下锚杆与大块矸石等进行监控，若产生卡阻的情况，就需要立即将暂停信号发送出去，防止装置发生胶带撕扯、堵仓以及堆煤等安全事故。除此之外，创建煤炭集聚监视模块，在监测到带式输送机内的煤炭积聚量大于设定值的情况下，就需要将停止或者警告命令发送给控制系统的上位机。同时创建图像链接功能，能够向上位系统传输系统异常信息，操作人员即可根据所存在的问题制定针对性解决措施。

4.软件程序改造设计

4.1智能化控制系统主程序设计

矿井皮带运输机的应用程序是以PLC为基本语言进行开发的，一系列的子程序构成了监测系统中的主要控制部分，例如对输入的信息进行处理等。该系统的主要作用就是按照顺序对各子程序实施运行，确保控制程序及时采集系统数据，并向该系统发送数据，从而实现对矿井的实时监测[7]。监测人员也可根据所测量输送机运行参数，实时调节参数信息，以实现带式输送机的遥控目标。

4.2速度控制程序设计

根据煤矿皮带运输机的实际装载情况，将其分为若干个载荷周期，并且在每个周期内，皮带的速度也是不一样的。在实践中，应首先采集输送机的装载量，然后根据采集的装载量资料，确定装载量的大小，通过对试验结果的分析，确定与之相适应的输送带转速。在给定了输送机的转速后，通过转速控制模块对电流进行采集，准确判定传动马达输出是不是处于平衡状态，使带式输送机能够在一定的时间内达到最佳输送效果。

4.3软启动控制程序设计

带式输送机实际运行期间，通常要承担较大的外界载荷，起动时由于自身重量的作用，将对其造成很大的冲击。因此，本装置在起动时，采取一系列的“软启动”措施，避免驱动装置的电动机烧坏，从而达到提高装置运行周期的目的。在该程控的过程中，通过调节电动机的运行频率，使电动机按照 S型轨迹起动，当输送带运转到一定转速后，所有的控制策略将会被自动切断，从而使电机在起动期间得到实时的保护，还可以大幅减少启动过程中的能耗。

4.4综合保护系统

综合保护装置的作用是通过控制系统提高皮带运输机运行的可靠性和安全性。在皮帶运输机运行过程中，出现过压、撕裂、过流等现象时，PLC根据异常值和故障种类，给出相应的报警信息，借助上位机将信息发送给监测员。在整个保护装置的实际工作中，监视子站收集皮带的工作状态，当检测到的电压高于设定值时，将产生一个过压的警报；当检测到道路上烟气浓度超过规定的数值时，系统会产生烟气警报，同时主动打开水管上的螺线管，对输送带进行喷雾降温，当监控到传送带的表面温度高于设置的数值时，就会发出打滑信号，喷洒装置自动开启，实施降温工作。

5.应用效果

针对煤矿带式输送机自动控制系统的设计需求，对其整体设计和软、硬件设计进行了研究。通过对胶带机实际运行过程中的跟踪和控制，进一步验证了该智能化控制方法的可行性和实用性。实际运行表明，所设计的系统工作稳定可靠，完全可以实现对矿井下带式输送机集中、遥控监测的目标。通过对试验结果的统计和分析，表明该控制方案对带式输送机运行的平稳性有很大的帮助。采用中央遥控方式对装置进行开机与控制，省去了两三个操作带式输送机的工人，使矿井的采掘工作费用大为减少。

6.结语

带式输送机是矿井中最主要的交通工具，其能否正常、稳定地工作，将直接关系到矿井的生产效率，是煤炭企业十分重视的一个问题。采用智能皮带传送设备，可以减少输送设备能耗和维修人员，从而减少矿井的生产费用，智能化的运输设备为煤炭工业的发展带来极大的安全性和经济效益。

参考文献：

[1] 王文龙。煤矿带式输送机智能化控制系统技术应用[J]. 机械管理开发，2023，38（5）：217-218，223.

[2] 李梦祺。煤矿带式输送机智能化控制系统技术应用[J]. 机械管理开发，2022，37（1）：217-218.

[3] 燕鹏达。煤矿带式输送机智能化控制系统改造设计及应用[J]. 山东煤炭科技，2022，40（5）：4-5，8.

[4] 庞海云。煤矿带式输送机智能化控制系统设计[J]. 当代化工研究，2021（13）：115-116.

[5] 李强。煤矿带式输送机智能化集中控制系统技术研究与应用[J]. 文渊（高中版），2021（10）：4297-4298.

[6] 余志高。 煤矿带式输送机智能化控制系统的设计研究[J]. 今日制造与升级，2023（5）：120-122.

[7] 严策。矿井带式输送机节能优化与智能控制系统研究[J]. 中国新技术新产品，2023（5）：10-12.

作者单位：国能亿利能源有限责任公司黄玉川煤矿