陳 峰

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

在煤炭的井下開采中，帶式輸送機作為重要的輸送設備，其輸送距離長、運量大，具有廣泛的應用，同時，由于礦井的整體布置使得輸送線較長[1]，需要多臺帶式輸送機協(xié)同作業(yè)，構(gòu)成多級帶式輸送機系統(tǒng)，完成煤炭的輸送作業(yè)。在使用過程中，多采用單臺輸送機進行控制運行的方式，對多級帶式輸送機的整體運行控制缺少研究，造成礦井整體的能耗較大，不利于礦井的節(jié)能持續(xù)發(fā)展。針對這一問題，采用PLC 分布式控制的方式對多級帶式輸送機的自動運行控制進行研究，建立多級自動運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井的整體節(jié)能運行[2]，提高礦井的經(jīng)濟效益。

1 多級帶式輸送機自動運行控制系統(tǒng)整體方案設計

在煤礦等礦井的開采中，需要使用多級帶式輸送機進行煤炭等物料的輸送，并要求各帶式輸送機之間的速度相互匹配，實現(xiàn)系統(tǒng)整體的節(jié)能自動運行。多級帶式輸送機自動運行控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]，主要包括PLC 控制器、變頻器、電機及傳感裝置，整體對多臺帶式輸送機進行控制。系統(tǒng)采用超聲波傳感器對帶式輸送機運載的煤量進行多點測量監(jiān)測，測量裝置的安裝簡單，且計算的精度較高[4]，適合于煤炭的運量監(jiān)測。

圖1 多級帶式輸送機自動運行控制方案

整個控制系統(tǒng)的傳感模塊進行煤炭數(shù)據(jù)的實時采集，并將數(shù)據(jù)上傳至控制器中，PLC 與智能控制系統(tǒng)組成中央控制模塊，依據(jù)傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分析及處理，并將控制指令下發(fā)到變頻器及驅(qū)動電機組成的執(zhí)行模塊，進行帶式輸送機整體的速度同步調(diào)整。在監(jiān)測過程中，采用第一級帶式輸送機運載的煤量作為系統(tǒng)的輸入，進行模糊控制[5]，依據(jù)運載的煤量及帶速進行匹配計算，確定帶式輸送機的運行速度，并對各級帶式輸送機的速度進行同步調(diào)整，最終實現(xiàn)對多級帶式輸送機的整體自動運行控制。

2 多級帶式輸送機自動運行控制系統(tǒng)主要模塊設計

2.1 傳感模塊設計

依據(jù)多級帶式輸送機自動運行控制系統(tǒng)的整體方案，對帶式輸送機進行整體的控制，在對運載煤量進行監(jiān)測的同時，還要對帶式輸送機的運行狀況進行監(jiān)測[6]，避免出現(xiàn)運行故障。帶式輸送機的安全監(jiān)護主要包括打滑監(jiān)測、跑偏監(jiān)測、煙霧監(jiān)測和溫度監(jiān)測。

當輸送帶監(jiān)測的帶速低于給定值時，則判定為輸送帶打滑，向PLC 發(fā)出信號，系統(tǒng)接收到響應的指令進行停機操作，避免打滑造成危險。采用接觸開關(guān)作為跑偏檢測的傳感器，安裝在輸送帶的兩側(cè)，當觸發(fā)跑偏信號時，則發(fā)出報警信號，當偏轉(zhuǎn)角度持續(xù)增加時，則系統(tǒng)緊急停機，避免造成進一步的故障。輸送帶在使用過程中，由于摩擦容易產(chǎn)生煙霧，設置采用煙霧傳感器進行安全監(jiān)測，當有煙霧產(chǎn)生時進行報警停機操作，由操作人員進行故障的恢復后才能進行系統(tǒng)的運行。溫度監(jiān)測與煙霧監(jiān)測類似，輸送帶在長期工作過程中溫度較高，避免溫度的持續(xù)上升造成火災，對輸送帶的溫度進行監(jiān)測。

對輸送帶的載煤量及速度進行控制，還要采用速度傳感器及超聲波傳感器進行速度及載煤量的監(jiān)測[7]，速度傳感器緊貼輸送帶，與輸送帶同步運行，實時監(jiān)測速度的大小；超聲波傳感器進行載煤量的測量計算，載煤量不同時，煤炭的堆積形狀有所區(qū)別，對超聲波傳感器的數(shù)據(jù)測量不會產(chǎn)生影響。傳感模塊作為系統(tǒng)的感知模塊，是監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，單臺輸送機的傳感器安裝布局如圖2 所示，通過傳感器進行數(shù)據(jù)的采集，輸入PLC 中進行控制決策。

圖2 單臺傳感器布置

2.2 控制模塊設計

采用PLC 對系統(tǒng)進行控制，PLC 要能滿足井下使用的惡劣條件，并具有一定數(shù)量的I/O 接口，采用西門子S7-2000 型PLC 作為控制器，并采用雙電源供電的模式[8]，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。PLC 控制模塊的連接如圖3 所示。

圖3 PLC 控制連接圖

2.3 上位機模塊設計

上位機模塊依據(jù)傳輸?shù)男盘栠M行系統(tǒng)的監(jiān)控，掌握帶式輸送機的運行狀態(tài)。上位機通過組態(tài)軟件IFIX 及MATLAB 軟件組成，上位機與PLC 之間的連接如圖4 所示。系統(tǒng)啟動后，IFIX 對各傳感器進行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，速度及超聲波傳感器進行載煤量及帶速信號的采集經(jīng)PLC 傳輸至上位機，MATLAB 對信號進行處理，將實時狀態(tài)顯示在上位機中，PLC 依據(jù)控制要求控制變頻器的頻率輸出，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。

圖4 上位機模塊連接圖

3 控制系統(tǒng)應用及總結(jié)

對多級帶式輸送機進行系統(tǒng)運行的整體控制，可以使不同的輸送機之間保持速度的匹配，并和載煤量保持最佳的匹配關(guān)系，依據(jù)系統(tǒng)的安全監(jiān)護，保證輸送機的穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)節(jié)能降耗。以某煤礦系統(tǒng)運行過程中監(jiān)測7 d 的電能消耗為參考，在完成相同的運輸任務時，自動運行控制系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的恒定速度可節(jié)約20%的電能，具有較好的節(jié)能效果。

針對煤礦多級帶式輸送機運行中的問題，設計多級帶式輸送機自動運行控制系統(tǒng)，利用傳感器模塊、PLC、變頻器及電機進行控制系統(tǒng)的硬件連接，采用組態(tài)軟件IFIX 及MATLAB 軟件進行上位機的運行控制，實現(xiàn)對多級帶式輸送機自動運行的控制，實現(xiàn)了煤礦的節(jié)能降耗，提高了煤礦的經(jīng)濟效益。