煤礦井下自動化控制在皮帶運輸中應用探究

摘要：皮帶運輸機在現代煤礦高產高效的生產過程中起到主要作用。煤礦生產有其特殊性，皮帶運輸系統運煤量無法實現均勻輸送，皮帶運輸機的自動控制系統應運而生，并在生產發展的過程中日益精準，不僅促進了生產的發展，還有助于節能減排。

關鍵詞：煤礦礦井；皮帶運輸機；自動化控制；傳送裝置

中圖分類號：TD611 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0130-02

進入21世紀，人們對于能源的消費量以及消費水平呈現出快速增長態勢，隨著能源的消耗，本世紀能源結構也必將發生巨大變化。傳統的煤炭等資源將會逐步降低在能源消費中的比重，取而代之的是新興能源與可再生資源所占比重的大幅增加。但是，就我國能源構成結構來看，由于石油、天然氣儲量有限，水力資源分布極其不均，這必將導致我國能源構成中煤炭主導地位的長期不動搖。更重要的是，隨著人口的不斷增長以及為滿足國家經濟持續高速穩定發展的要求，我國能源消費的總量在接下來的很長一段時間內都將保持上升態勢，雖然煤炭消費的比例將會下降，但其消費總量將繼續增加。

我國是世界儲煤大國，煤炭資源豐富，勞動力廉價，本應在國際市場競爭中占據優勢，但由于技術、管理、體制等原因，大多數煤礦的勞動力效率低下。1998年我國原有統配煤礦的平均全員效率僅為美國的1.6%，澳大利亞的1.78%；工人年工資僅為美國2%，澳大利亞的1.15%，工資差別如此之大，但是每噸煤勞動成本還是超過了美國。目前國內煤炭行業的現狀是煤炭企業已難以盈利甚至虧損，經營狀況舉步維艱，此種狀況亟待解決。本文主要就自動控制系統在煤礦井下皮帶運輸系統中的應用現狀及前景進行探討，供廣大同仁參考借鑒。

1 采用皮帶輸送自動化控制系統的緊迫性

我國目前煤炭企業的經營現狀十分慘淡，未來我國煤炭企業的出路在哪里？依據世界上其他先進采煤國以及我國神華、兗礦等礦區“九五”發展經驗，綜合其他傳統產業發展的經驗來看，采用高新技術改造傳統煤炭工業，降低人工成本，提高生產效率已經是中國煤炭企業走出目前困境的唯一出路。

傳統帶式輸送裝置在煤礦生產中已經得到廣泛應用，但是這種帶式輸送裝置存在啟動電流大、傳動效率低、功率不平衡、無功環流損耗大、老化速度快等缺點，給企業帶來巨大經濟損耗的同時，也給煤礦的安全生產造成了嚴重威脅，其中機電事故中相當數量發生在老化的帶式傳送裝置上，直接影響到煤礦工人的人身安全。

現代煤礦高產高效的主要運輸設備就是皮帶運輸機。由于煤礦的特殊生產條件，運行過程中皮帶運煤量不均勻。高速運行時容易發生低負荷與零負荷工況，嚴重磨損傳動部件，造成電能的巨大浪費，同時由于皮帶運輸機在生產過程中不能中斷運行，因此對于皮帶輸送裝置系統的改造就顯得尤為重要。

2 皮帶運輸機自動控制系統原理及特點

皮帶運輸機自動控制系統應用電力電子技術實現對皮帶傳動速度等相關參數的控制。隨著煤礦向一礦一面方向發展，相關配套設備的發展趨勢則呈現出大型化、大功率化，對于電能的供應及電能質量提出更高的要求。而電力電子技術則是借助于半導體功率器件對電能進行轉換、控制和優化利用。電力電子技術迅猛發展給皮帶運輸機自動控制系統的更新升級帶來了福音，第三代電力電子器件可將高電壓、大電流的功率器與起控制作用的數字電路、邏輯電路、保護電路以及傳感檢測電路集成在一起。其主要優點是可以直接接收控制信號并進行傳遞和變換處理以達到控制目的。

煤礦井下自動化控制系統中，皮帶運輸機所用調速交、直流電動機就是采用的電力電子技術。自動控制系統通過排布在傳送帶上的載荷傳感器采集載荷信號傳遞到中樞系統進行分析，繼而將動作指令傳遞給調速電機，控制皮帶運行速度，以匹配負載，達到降低能耗，延長傳動部件使用壽命的目標，同時大大提高其運行安全性與可

靠性。

此種系統有一般自動控制系統所具有的特點。首先，都采用計算機（包括單片機、PLC即可編程序控制器或嵌入式計算機）和多種傳感器組成的工況檢測以及控制系統，對設備各部分工況參數進行連續監控及保護，并采用顯示控件對相關參數顯示；其次，具有通信聯網的功能。皮帶輸送機自動控制系統在整個礦場自動控制系統中并非獨立存在，不是一個“自動化孤島”，而是具有良好的通信聯網功能。在計算機上有相應的通信接口或者通信模塊，通過雙芯屏蔽通信線或者光纖與其他設備連接，實現信息交互、聯動和集中控制；最后，采用多種先進傳感器采集相關信號，例如載荷信號、傳送速度信號等，給中央處理器提供足夠數據，保證能夠及時準確控制調速電機進行動作。傳感器數量以及性能直接影響到數據信息量的大小以及數據的準確性。

3 皮帶輸送自動控制系統的發展前景與趨勢

目前我國煤礦生產企業急于走出困境，紛紛選擇以高新技術為支持的傳統產業改革，試圖通過高新技術的應用降低生產投入，減少生產能耗，提高生產效率，提高煤炭產量。皮帶輸送自動控制系統優點在于能夠使工作速度與負荷量相互配合，避免不必要的空轉以及低負荷運轉工況，大大提高了設備使用壽命，減少對設備的損耗，減少了空轉等情況下對于電能的大量消耗，降低了生產成本。更重要的是大大提高設備運行安全性與可靠性，使得事故發生概率明顯下降，礦場職工的生命安全得到更好的保障。

自動控制系統的投入運行，使得大量傳感器取代了傳統生產中人的作用，對于工況的判斷更加準確，更加數字化，對于系統生產效率的提高有極大的作用。同時，也解放了大量勞動力，檢修人員也大大減少，設備檢修投入大幅降低。

基于以上情況，皮帶輸送自動控制系統在煤礦井下生產過程中的普及與更新換代已然勢不可擋。其應用呈現出普及化趨勢，自動控制系統的發展與更新換代體現在以下幾個方面。首先，中樞處理的高速化，計算機技術和材料學的發展使得CPU處理數據的能力日益提高，保證了信息處理的及時性；其次，系統數據呈現出多接口的發展趨勢，能與更多的處理以及分析軟件實現在線聯網通信；最后，所采用傳感器向精細化、較高的數據采集能力方向發展，保證數據的準確性與全面性。

4 結語

皮帶輸送自動控制系統的應用給處于困境的煤炭企業帶來了福音，使得生產成本大幅降低，人工投入減少，運行的安全性得到保障。此系統在未來將會受到越來越多企業的青睞，其更新換代的產品也將進一步降低生產投入，發展前景廣闊。

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作者簡介：馮志強（1986—），男，供職于開灤（集團）蔚州礦業有限責任公司單侯礦皮帶隊，研究方向：自動化。

（責任編輯：趙秀娟）