邊耀偉

【摘 要】 為了提高煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率低下、控制分散、啟動(dòng)效率不高及能耗大等問(wèn)題，文章提出一種多級(jí)帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明：1）控制系統(tǒng)通過(guò)將主控制與分級(jí)控制相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)集中以及分級(jí)控制;2）通過(guò)監(jiān)測(cè)輸送機(jī)帶煤流位置、運(yùn)輸速度，并按照預(yù)先設(shè)定的控制方式可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)，從而顯著提升輸送機(jī)啟動(dòng)效率;3）通過(guò)模糊PID控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)階梯調(diào)速，不僅可滿足煤炭運(yùn)行需要，而且可降低帶式輸送機(jī)能耗、避免頻繁調(diào)速問(wèn)題。研究成果可為其他礦井帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供一定借鑒。

【關(guān)鍵詞】 煤炭運(yùn)輸;帶式輸送機(jī);集中控制;煤量檢測(cè);階梯調(diào)速

【中圖分類號(hào)】 TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）02-0017-03

現(xiàn)階段礦井帶式輸送機(jī)管理相對(duì)較為粗放，按照傳統(tǒng)逆煤流方向依次啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，啟動(dòng)時(shí)需要皮帶司機(jī)值守，不符合煤礦智能化改造的趨勢(shì);井下帶式輸送機(jī)現(xiàn)階段基本完成變頻控制改造，但是帶式輸送機(jī)運(yùn)行多為恒速方式，變頻器僅發(fā)揮軟啟動(dòng)功能，未能真正起到節(jié)能降耗作用。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制存在啟動(dòng)效率低、能耗高等問(wèn)題，為此，文中提出一種井下多級(jí)帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)，以期能提高礦井多級(jí)串聯(lián)帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率。

1集中控制系統(tǒng)架構(gòu)

多級(jí)帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)采用主控制、分級(jí)控制相結(jié)合方式，具體架構(gòu)見圖1。集中控制系統(tǒng)主要組成部分有邏輯控制、變頻控制（速度控制）以及傳感器監(jiān)測(cè)等。

邏輯控制部分采用串口總線連接，結(jié)構(gòu)細(xì)分為主控制臺(tái)、PLC控制系統(tǒng)以及分級(jí)控制臺(tái)。主控制臺(tái)用以監(jiān)測(cè)并管控各級(jí)帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況;PLC控制系統(tǒng)是調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行的核心，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)對(duì)各臺(tái)帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，并將結(jié)果傳輸給對(duì)應(yīng)的分級(jí)控制臺(tái);分級(jí)控制臺(tái)主要用以調(diào)整單臺(tái)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。

變頻控制部分是依據(jù)PLC控制器指令，利用變頻器調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)按照預(yù)先設(shè)定速度運(yùn)行。

2輸送機(jī)煤流量監(jiān)測(cè)

現(xiàn)階段輸送帶煤流量監(jiān)測(cè)方法包括有電子皮帶秤、激光掃描儀等，其中電子皮帶秤需要在輸送帶上布置多組稱重傳感器，安裝繁瑣且監(jiān)測(cè)精度較低;激光掃描儀雖然安裝方便，但是也存在受外界影響顯著、測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定等問(wèn)題。為此實(shí)現(xiàn)輸送帶煤流量的高精度監(jiān)測(cè)，文中提出采用基于超聲波的煤量檢測(cè)裝置對(duì)煤流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

超聲波傳感器煤量監(jiān)測(cè)流程為：

通過(guò)超聲波波傳感器獲取到輸送帶上堆煤橫截面面積;

通過(guò)霍爾傳感器測(cè)定驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而確定輸送帶運(yùn)行速度;

將超聲波傳感器波獲取到的堆煤橫截面積、霍爾傳感器獲取到的輸送帶運(yùn)輸速度信號(hào)傳輸給信息處理面板即可獲取到單位時(shí)間內(nèi)輸送帶運(yùn)輸煤量。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，L距離超過(guò)5m時(shí)獲取到的煤量檢測(cè)結(jié)果較為精準(zhǔn)。為此，將輸送帶按照5m長(zhǎng)度劃分成若干段，將每段煤流量信息存儲(chǔ)到分級(jí)控制臺(tái)中，從而可較為精準(zhǔn)地掌握帶式輸送機(jī)上煤量的整體分布情況。

3輸送機(jī)控制策略

具體井下布置的帶式輸送機(jī)多級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)見圖1所示。

3.1輸送機(jī)啟動(dòng)控制

文中提出采用輸送機(jī)順煤流啟動(dòng)控制策略。具體啟動(dòng)控制流程為：

如圖1所示，將i-1級(jí)輸送機(jī)上C-D點(diǎn)距離LCD確定為帶式輸送機(jī)安全停止距離;B-D點(diǎn)距離LBD定義為安全啟動(dòng)距離，則LCD、LBD可通過(guò)下述公式計(jì)算：

其中：Vi-1為i-1級(jí)輸送機(jī)運(yùn)行速度，m/s;Ts為輸送機(jī)正常停止運(yùn)行耗時(shí)，s;Tk為輸送機(jī)正常啟動(dòng)耗時(shí)，s。

第i級(jí)輸送機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行條件為：輸送機(jī)在LBD距離內(nèi)無(wú)物料，則先啟動(dòng)i-1級(jí)帶式輸送機(jī)，當(dāng)物料達(dá)到B點(diǎn)位置后啟動(dòng)i級(jí)帶式輸送機(jī)。

當(dāng)i-1級(jí)帶式輸送機(jī)物料運(yùn)行至C點(diǎn)位置時(shí)，i級(jí)帶式輸送機(jī)仍未正常啟動(dòng)，則對(duì)各級(jí)帶式輸送機(jī)緊急制動(dòng)，停止運(yùn)行，確保物料不會(huì)在輸送機(jī)上堆積。

3.2輸送機(jī)運(yùn)行控制

模糊PID控制系統(tǒng)采用控制算法調(diào)整帶式輸送機(jī)變頻器輸出頻率，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度。模糊控制系統(tǒng)依據(jù)輸送帶運(yùn)輸煤量智能調(diào)整運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)煤流量與運(yùn)行速度匹配，使得帶式輸送機(jī)在理想狀態(tài)下運(yùn)行。

系統(tǒng)核心部件為模糊PID控制器，為了避免帶式輸送機(jī)頻繁調(diào)整給煤炭運(yùn)輸帶來(lái)影響同時(shí)增加電動(dòng)機(jī)故障率，模糊PID控制器采用階梯調(diào)速方式，即為將運(yùn)輸煤量劃分成若干區(qū)間，每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一運(yùn)行速度，輸送機(jī)在對(duì)應(yīng)煤量區(qū)間內(nèi)保持某一速度運(yùn)行。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

山西某礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300萬(wàn)t/a的大型現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段煤炭回采集中在6采區(qū)，煤炭運(yùn)輸路線為：6501運(yùn)輸順槽→6采區(qū)運(yùn)輸巷→采區(qū)運(yùn)輸石門→集中運(yùn)輸巷→煤倉(cāng)。井下布置有4臺(tái)帶式輸送機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)輸總長(zhǎng)度為3350m。運(yùn)輸系統(tǒng)布置的帶式輸送機(jī)型號(hào)均為DTL-1200，配套的電機(jī)功率均為3×400kW。

4.1啟動(dòng)過(guò)程分析

將文中所提帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用到該礦6501綜采工作面煤炭運(yùn)輸中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)一鍵順煤流啟動(dòng)，較以往采取的多級(jí)逆煤流啟動(dòng)方式相比，順煤流啟動(dòng)可顯著提升帶式輸送機(jī)啟動(dòng)效率并降低設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)間，運(yùn)輸系統(tǒng)啟動(dòng)耗時(shí)縮短20min。

4.2運(yùn)行過(guò)程分析

根據(jù)DTL-1200帶式輸送機(jī)工作情況，輸送機(jī)運(yùn)行按照表1所示關(guān)系控制。

具體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到6501運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)流量及運(yùn)行速度匹配情況見圖2。

從圖中看出：6501運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度可根據(jù)煤流量進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)由于采用階梯調(diào)速方式，當(dāng)煤流量變化較小時(shí)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度保持不變;在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)期間（2h），帶式輸送機(jī)煤炭最大運(yùn)輸量為額定運(yùn)輸量的80%，輸送機(jī)按照3.5m/s運(yùn)行速度時(shí)間為90min，按照3.0m/s（低速）以及4.0m/s（高速）運(yùn)行時(shí)間均為15min，表明采取的運(yùn)行控制方式不僅可滿足輸送機(jī)煤炭運(yùn)輸需要而且可降低輸送機(jī)能耗，避免頻繁調(diào)速。

未采用集中控制系統(tǒng)前6501采面煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)能耗約為2.3×107kW·h/a，采取集中控制系統(tǒng)后能耗降低至約1.6×107kW·h/a，降低量達(dá)到7×106kW·h/a，年可節(jié)省電費(fèi)約350萬(wàn)元。

5結(jié)束語(yǔ)

文章提出了一種帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將主控制以及分級(jí)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)順煤流方向啟動(dòng);通過(guò)監(jiān)測(cè)運(yùn)載煤流量調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸量與運(yùn)行速度間匹配，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)帶式輸送機(jī)高效運(yùn)行目的。

在6501工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，不僅提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率而且降低了能耗，預(yù)計(jì)年可降低電費(fèi)投入約350萬(wàn)元，取得較為顯著的應(yīng)用成果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋晉華.煤礦帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（6）：213-214，217.

[2]李志國(guó).煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制改造研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020，35（11）：149-150，153.

[3]孫圣華.帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)研究[J].能源與節(jié)能，2020（7）：93-94.

[4]吳水章.PLC在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2020，41（6）：188-190.

[5]高士崗，高登彥，歐陽(yáng)一博，等.煤礦智能一體化輔助生產(chǎn)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48（7）：150-160.

[6]都波.帶式輸送機(jī)綜合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2019，40（6）：99-101，106.

[7]高立斌.基于順煤流節(jié)能的優(yōu)化控制研究[J].中國(guó)礦山工程，2019，48（4）：65-67.

[8]張漢昌.多級(jí)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2019，40（4）：28-31.